Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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The fast and accurate detection of disease-related biomarkers and potentially harmful analytes in different matrices is one of the main challenges in the life sciences. In order to achieve high signal-to-background ratios with frequently used photoluminescence techniques, luminescent reporters are required that are either excitable in the first diagnostic window or reveal luminescence lifetimes exceeding that of autofluorescent matrix components. Here, we demonstrate a reporter concept relying on broad band emissive ternary quantum dots (QDs) with luminescence lifetimes of a few hundred nanoseconds utilized for prolongating the lifetimes of organic or inorganic emitters with lifetimes in the order of a very few 10 ns or less through fluorescence resonant energy transfer. Using spectrally resolved and time-resolved measurements of the system optical response we demonstrate the potential of lifetime multiplexing with such systems exemplarily for AgInS2/ZnS and CdSe/ZnS QDs.
Wepresent here a systematic analysis of the influence of Tm3+ Doping concentrations (xTm) on the excitation power (P)-dependent upconversion luminescence and -performance of hexagonal-Phase NaYF4: 20% Yb3+, xTm%Tm3+ upconversion nanoparticles (UCNPs) for xTm of 0.2, 0.5, 0.8, 1.2, and 2.0, respectively. Our results reveal the influence of these differentTm3+ doping concentrations with respect to optimized upconversion quantum yield (ΦUC) values of the variousTm3+ upconversion emission bands, with the highestΦUC values of theTm3+ emission bands above 700 nmresulting for different xTm values as theTm3+ emission bands below 700 nm. This underlines the potential ofTm3+ dopant concentration for colour tuning. Special emphasis was dedicated to the spectroscopic parameters that can be linked to the (de)population pathways of the variousTm3+ energy levels, like the P- and xTm-dependent slope factors and the intensity ratios of selected emission bands. The evaluation of all parameters indicates that not only energy transfer upconversion-, but also crossrelaxation processes between neighbouringTm3+ ions play a vital role in the (de)population of the excited energy levels of Yb3+, Tm3+ codoped nanocrystals.
We present a series of results that demonstrate that the broadband photoluminescence (PL) of aqueous glutathione-capped Ag−In−S (AIS) nanocrystals (NCs) is an inherent property of each NC, rather than a collective characteristic of an NC ensemble. By analyzing parameters affecting the PL features such as the postsynthesis annealing and the deposition of a passivating ZnS shell, we found no correlation between the spectral width of the PL band of AIS (AIS/ZnS) NCs and the density of the lattice defects. Analysis of the PL spectra of a series of size-selected AIS/ZnS NCs revealed that the PL width of fractionated NCs does not depend on the NC size and size distribution. The PL measurements in a broad temperature window from 320 to 10 K demonstrated that the PL width does not decrease with decreasing temperature as expected for an emission arising from thermally activated detrapping processes. Also, we show that the model of the self-trapped exciton can be versatilely applied to reconstruct the PL spectra of different AIS NCs and can account for the effects typically attributed to variations in defect state energy. Measurements of the PL properties of single AIS/ZnS NCs highlighted the broadband nature of the emission of individual NCs. The presented results show that the broadband PL of ternary NCs most probably does not originate from lattice defects but involves the NC lattice as a whole, and, therefore, by tailoring the NC structure, PL efficiencies as high as those reported for binary cadmium or lead chalcogenide NCs can be potentially reached.
Die Präsentation gibt einen Überblick über die verschiedenen Aktivitäten der BAM im Bereich der Nanotechnologie mit den Schwerpunkten Nanopartikel und Nanosicherheit. Es wird sowohl die Transportsicherheit, als auch die Sicherheit von Batterien mit Nanopartikeln angesprochen. Verschiedene BAM-Projekte zum Thema Nano werden vorgestellt, beginnend mit relevanten REFOPlanprojekten über die Erstellung der OECD nanoTG110 bis hin zu EU-Projekten zur Standardisierung von Messungen an Nanomaterialien, hier insbesondere AEROMET, NanoDefine, NanoValid und EC4SafeNano.
The unparalleled excited-state potential-energy landscape of the chromium(III)-based dye [1]3+ ([Cr(ddpd)2]3+; ddpd=N,N’-dimethyl-N,N’-dipyridin-2-ylpyridin-2,6-diamine) enables a strong dual emission in the near infrared region. The temperature dependence of this dual emission allows the use of [1]3+ as an unprecedented molecular ratiometric thermometer in the 210–373 K temperature range in organic and in aqueous media. Incorporation of [1]3+ in biocompatible nanocarriers, such as 100 nm-sized polystyrene nanoparticles and solutol micelles, provides nanodimensional thermometers operating under physiological conditions.
Mit einer langfristigen Forschungsstrategie begleiten die für die Sicherheit von Mensch und Umwelt zuständigen Bundesoberbehörden (Umweltbundesamt, Bundesinstitut für Risikobe-wertung, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, Bundesanstalt für Materialfor-schung und -prüfung und Physikalisch-Technische Bundesanstalt) die rasch voranschreiten-de Entwicklung neuer Materialien unter den Gesichtspunkten des Arbeits-, Verbraucher- und Umweltschutzes. Die Strategie steht daher in enger Verbindung zu den öffentlichen Förder-programmen für Nanomaterialien und andere innovative Werkstoffe, z. B. des BMBF („Vom Material zur Innovation“) und der EU („Horizon 2020“).
Die Forschungsstrategie baut auf den bisherigen Ergebnissen der 2008 begonnenen und 2013 erstmals bilanzierten gemeinsamen Forschungsstrategie der Bundesoberbehörden „Nanotechnologie - Gesundheits- und Umweltrisiken von Nanomaterialien"1 auf und erweitert den Blickwinkel auch auf andere Materialinnovationen, bei denen vergleichbare Risiken für Mensch und Umwelt bestehen oder abgeklärt werden müssen. Darüber hinaus greift sie die Idee „anwendungssichere chemische Produkte“2 aus der Initiative „Neue Qualität der Arbeit“ (INQA) des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales (BMAS) und das Konzept der nach-haltigen Chemie3 auf, das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reak-torsicherheit (BMUB) unterstützt wird. Durch eine anwendungssichere und umweltverträgli-che Gestaltung innovativer Materialien und ihrer Folgeprodukte sollen nicht akzeptable Risi-ken für Mensch und Umwelt von Anfang an weitgehend ausgeschlossen werden. Dies kann erreicht werden durch
1.
die Verwendung sicherer Materialien ohne Gefahreneigenschaften für Mensch und Umwelt (direkte Anwendungssicherheit) oder
2.
eine Produktgestaltung, die über den gesamten Lebenszyklus emissionsarm und umweltverträglich ist (integrierte Anwendungssicherheit) oder
3.
eine Unterstützung des Anwenders (product stewardship) durch den Hersteller bei technischen, organisatorischen und persönlichen Schutzmaßnahmen zur sicheren Verwendung und Entsorgung des Produktes (unterstützte Anwendungssicherheit).
Die Fortschreibung der Forschungsstrategie soll als Bestandteil des Nanoaktionsplans 2020 der Bundesregierung Beiträge der Ressortforschung zu folgenden Schwerpunkten leisten:
•
Charakterisierung und Bewertung der Risiken von Materialinnovationen
•
Unterstützung von Forschungseinrichtungen und Unternehmen
•
Fortschreiben von Rechtsvorschriften und Praxisempfehlungen
1
http://www.baua.de/nn_47716/de/Themen-von-A-Z/Gefahrstoffe/Nanotechnologie/pdf/Forschungsstrategie.pdf
2 http://www.baua.de/de/Themen-von-A-Z/Gefahrstoffe/Nachhaltige-Chemie/Nachhaltige-Chemie.html
3
http://www.umweltbundesamt.de/themen/chemikalien/chemikalien-management/nachhaltige-chemie
2
•
Gesellschaftliche Akzeptanz
Die Forschungsstrategie soll mit Projekten und anderen forschungsnahen Aktivitäten umge-setzt werden. Dies umfasst die eigene Forschung der Häuser, die extramurale Ausschrei-bung und Vergabe von Forschungsdienstleistungen sowie die Beteiligung an vorwiegend öffentlich geförderten Drittmittelprojekten. Hinzu kommen Aktivitäten im Rahmen der Politik-beratung und der hoheitlichen Aufgaben. Mit inter- und transdisziplinären Ansätzen soll die Risiko- und Sicherheitsforschung enger mit der Innovationsforschung und Materialentwick-lung verknüpft werden. Die Forschungsstrategie ist aufgrund der raschen Entwicklungen auf diesem Gebiet für den Zeitraum bis 2020 angelegt. Die Forschungsziele adressieren die in diesem Zeitraum voraussichtlich umsetzbaren Forschungsansätze. Die Forschungsstrategie wird durch einen Arbeitskreis begleitet und spätestens mit Ablauf des Nanoaktionsplans 2020 evaluiert und angepasst.
Three types of hybrid modified magnetite (Fe₃O₄) nanoparticles, functionalized with either chitosan, chitosan/iron (II) oxalate or chitosan/iron (III) citrate, were synthesized by chemical precipitation method.
The obtained nanomaterials were characterized by energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, Brunauer–Emmett–Teller analysis, scanning and Transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and vibrating sample magnetometry. The prepared composites were further tested as magnetic catalysts for the removal of bisphenol A (BPA) in aqueous media. The kinetic Degradation experiments were performed at laboratory scale, while the best operational parameters for all three materials were established: 1.00 g L⁻¹ of catalyst, 10 mmol L⁻¹ H₂O₂, under simulated solar light irradiation.
After 15 min of UVA irradiation under the experimental conditions mentioned above, it was possible to decompose up to 99% of the micropollutant over all catalysts. Fe₃O₄/chitosan/iron oxalate catalyst showed the highest and fastest catalytic activity in BPA removal. Catalytic wet peroxide oxidation of non-biodegradable micropollutants on such iron-based hybrid nanoparticles can be a suitable pre-treatment method for wastewater decontamination, as an environment-friendly simplified Approach for water clean-up.
Aerosol emissions from brake pads are evolving into the focus of industrie and regulation. Many institutes are extending their dynamometer test stands with aerosol measurement equipement. While this is in general a good developement, the details of aerosol measurement and the special problems in the case of brake pad emissions need some special attention. The instrumentation can not be used out of the box and the important parameters will be highlighted in this presentation.
Coating, stabilization layers, functionalization of particles or simple contamination are common variants of a core-shell system. For smaller nanoparticles this is of major importance. A particle with 16 nm diameter and a usual surface layer of 2 nm will have the same volume for the core as for the shell. In this case the material of the particle doesn’t have a clear definition. It is a common case that a particle consists of four different layers: Core, shell, stabilization layer and contamination. The properties of the particles differ according to this structure. For example silver particles might have a different dissolution rate for pure particles and for particles which are grown on top of a core.
Different solubility or defined other properties of materials is a common reason for producing core-shell systems. Gold cores are surrounded by silica to stabilize them or to get a defined distance between the cores. Silica might be surrounded by gold and the silica dissolved afterwards. This delivers hollow shells. Another important example for core-shell systems are quantum dots. A small core is surrounded by a different material for increasing the photoluminescence. Furthermore there a stabilization layer is needed. The smallest part of the final particles is the initial core. The photoluminescence is based on this core, but the shells contain much more material. Categorization should address this.
Core-shell systems are not covered by most of the existing decision trees for grouping. They are either regarded as special case or a singular layer. This disqualifies core-shell systems for grouping within the common models. There might be a very easy way to avoid this problem and even to combine some of the different decision trees. Starting the decision tree with the solubility of the outer shell and subsequently addressing the inner layers will be a pragmatic approach to solve the problem. If there is no shell, the categorization can start with a tiered approach or with the proposed “stawman” chemical categorization. If a shell is covering the surface there is a need to check if the shell is stable. If it is stable, the particle can be categorized based on this shell. If it is soluble, the ions need to be addressed as in the classic case. Furthermore the shell might increase the uptake by the cells. If the ions and the uptake are not critical the categorization can continue with the next layer.
With this not perfect but pragmatic approach, the surface layers can be addressed with very limited additional efforts. Most criteria are based on classically tabulated data. Including a rating system like the precautionary matrix approach might even address the fact that some parameters are not always Yes/No, e.g. solubility, ion toxicity and uptake.