Nanothermometer für tiefgekühlte Proben

Aveiro (Portugal) - Mediziner, Biologen und Materialforscher kühlen ihre vielfältigen Proben oft auf sehr tiefe Temperaturen ab. Für diese Experimente konzipierten Physiker an der portugiesischen Universität in Aveiro nun ein Nanothermometer, das sogar noch bei minus 260 Grad die Temperatur bis auf ein fünfzigstel Grad genau messen kann. Wie sie in der Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“ berichten, besteht es im Wesentlichen aus einem speziellen metall-organischen Komplex, der zu einem temperaturabhängigen Leuchten angeregt werden kann.

„Unser System ist das empfindlichste Nanothermometer, über das bisher berichtet wurde“, schreiben Erstautor Zhuopeng Wang und seine Kollegen. Das wichtigste Teil dieses Thermometers waren winzige Nanopartikel, die als Temperatursonde dienten. Diese bestanden aus den beiden Elementen Terbium und Europium. Während eines Sprühvorgangs verknüpften sich diese Lanthanoid-Metalle mit organischen Molekülen aus Phenylendiessigsäure. So entstanden kugelförmige, metallorganische Nanopartikel, die nach einer Anregung mit ultraviolettem Laserlicht ein von der Umgebungstemperatur abhängiges Lumineszenzlicht aussendeten.

Das Leuchten dieser Nanopartikel untersuchten die Forscher über einen weiten Temperaturbereich zwischen minus 260 und plus 50 Grad genauer. Dazu bestrahlten sie es mit einem Laser und analysierten Intensität und Farbe des danach emittierten Lumineszenzlichts. Die gemessenen Spektren veränderten sich bei unterschiedlichen Temperaturen so spezifisch, dass dieses Nanothermometer eine Messgenauigkeit von bis zu einem fünfzigstel Grad ermöglichte. In der Praxis müssten einige dieser Nanopartikel gezielt in die Proben, deren Temperatur man messen möchte, verteilt werden.

Nach Aussage der Wissenschaftler lassen sich die Nanopartikel über das verwendete Sprühverfahren auch in größeren Mengen herstellen. Damit könnten anderen Forschergruppen schon bald hoch empfindliche Sonden für die Temperaturmessung selbst kleinster Proben zur Verfügung stehen.