Einzelmoleküle als optische Nanosonden für weiche und komplexe Materie

Abstract

Optische Signale von Einzelmolekülen liefern Informationen über die Struktur und Dynamik ihrer nanoskaligen Umgebung, frei von zeitlichen und räumlichen Mittelungen. Die so erhaltenen Daten sind von Nutzen, wenn komplexe Strukturen oder Dynamiken auftreten, wie bei Polymeren oder porösen Oxiden, aber auch bei anderen Materialien, deren Heterogenität zunächst weniger offensichtlich ist. Der Aufsatz gibt einen Überblick über die wichtigsten aktuellen Anwendungen von Einzelmolekülen in Untersuchungen an kondensierter Materie auf Nanometerebene, mit Betonung auf weicher Materie und Materialwissenschaften. Beispiele umfassen die Orientierungsverteilung von Molekülen in Kristallen, Rotationsdiffusion in glasbildenden molekularen Flüssigkeiten, Studien an Polymeren mit Sonden und markierten Ketten, poröse und heterogene Oxidmaterialien, das Blinken einzelner Moleküle und Nanokristalle sowie das Potenzial oberfächenverstärkter Raman‐Streuung für die Analyse lokaler chemischer Eigenschaften. Die Beispiele zeigen, dass statische und dynamische Heterogenität und die Breiten der Verteilungen molekularer Parameter wesentlich größer sind, als bisher angenommen.

Single-particle spectroscopy of I–III–VI semiconductor nanocrystals: spectral diffusion and suppression of blinking by two-color excitation

“…Unlike ensemble experiments, single-particle PL spectroscopy makes it possible to decouple the inhomogeneous and homogeneous effects and also determine the extent of homogeneous broadening and its contribution to the overall PL spectral lineshape. 19 Transmission electron microscope (TEM) images and particle size analysis is shown in Fig. S1.…”

Direkte Beobachtung alternativer Reaktionswege an einzelnen Molekülen

“…[1][2][3][4][5][6][7] Obwohl die SMFS das Wort "Molekül" und damit die Verbindung zur Chemie bereits im Namen trägt, fand sie -abgesehen von frühen Berichten über die selbstinduzierte Photooxidation einzelner Terrylenmoleküle in p-Terphenylkristallen -bislang nur wenig Anwendung in Experimenten zum Studium von Reaktionsdynamiken. [1][2][3][4][5][6][7] Obwohl die SMFS das Wort "Molekül" und damit die Verbindung zur Chemie bereits im Namen trägt, fand sie -abgesehen von frühen Berichten über die selbstinduzierte Photooxidation einzelner Terrylenmoleküle in p-Terphenylkristallen -bislang nur wenig Anwendung in Experimenten zum Studium von Reaktionsdynamiken.…”

“…Die Einzelmolekülfluoreszenzspektroskopie (SMFS; singlemolecule fluorescence spectroscopy) wurde in den letzten beiden Jahrzenten sehr erfolgreich zur Untersuchung molekularer Heterogenitäten in der Festkçrperphysik und der Biophysik eingesetzt sowie zur Charakterisierung von Strukturen mit hoher räumlicher Auflçsung. [1][2][3][4][5][6][7] Obwohl die SMFS das Wort "Molekül" und damit die Verbindung zur Chemie bereits im Namen trägt, fand sie -abgesehen von frühen Berichten über die selbstinduzierte Photooxidation einzelner Terrylenmoleküle in p-Terphenylkristallen -bislang nur wenig Anwendung in Experimenten zum Studium von Reaktionsdynamiken. [8] Bisher wurden Einzelmolekülmethoden vor allem zur Messung katalytischer Umsätze von Enzymen eingesetzt.…”

Einzelmolekül‐Diffusionsmessungen mit erhöhter Genauigkeit unter Verwendung einer photospaltbaren Energieübertragungsdyade

“…[1][2][3] Einer der Gründe ihres Erfolgs beruht auf der Mçg-lichkeit, einzelne Moleküle mit einer Genauigkeit unterhalb der Beugungsgrenze von Licht lokalisieren [4,5] und die damit ermittelten Positionen zu Trajektorien verbinden zu kçnnen.[6] Damit ermçglicht Weitfeldfluoreszenzmikroskopie die parallele Verfolgung von Einzelmolekülbewegung. [7] Bisher wurden zur Analyse absolute Molekülpositionen verwendet.…”