Nanothermometer für tiefgekühlte Proben

Mediziner, Biologen und Materialforscher kühlen ihre vielfältigen Proben oft auf sehr tiefe Temperaturen ab. Für diese Experimente konzipierten Physiker um Zhuopeng Wang von der portugiesischen Universität in Aveiro nun ein Nanothermometer, das sogar noch bei minus 260 Grad Celsius 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 metallorganischen Komplex, der zu einem temperaturabhängigen Leuchten angeregt werden kann.

Winzige Partikel als Temperatursonde

„Unser System ist das empfindlichste Nanothermometer, über das bisher berichtet wurde“, schreiben Wang und seine Kollegen. Wichtigster Teil dieses Thermometers sind winzige Nanopartikel, die als Temperatursonde dienen. Diese bestehen aus den beiden Elementen Terbium und Europium. Während eines Sprühvorgangs verknüpfen sich diese Lanthanoidmetalle mit organischen Molekülen aus Phenylendiessigsäure. So entstehen kugelförmige, metallorganische Nanopartikel, die nach einer Anregung mit ultraviolettem Laserlicht ein von der Umgebungstemperatur abhängiges Lumineszenzlicht aussenden.

Das Leuchten dieser Nanopartikel untersuchten die Forscher über einen weiten Temperaturbereich zwischen minus 260 und plus 50 Grad Celsius 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 hochempfindliche Sonden für die Temperaturmessung selbst kleinster Proben zur Verfügung stehen.