Auch Rajendra Bhat und Jan Genzer von der North Carolina State University beschäftigen sich intensiv mit dem Kosmos der Winzigkeiten. In Zusammenarbeit mit Dan Fischer vom National Institute of Standards and Technology gelang es den Wissenschaftlern nun erstmals, Gold-Nanopartikel derart auf einer festen Oberfläche zu fixieren, dass ihre Verteilung auf dem Trägermaterial graduell erfolgt.

Dafür verwendeten sie eine dünne, rechteckige Oberfläche, die mit Organosilanen beschichtet war. Diese aus Kohlenstoff und Silicium aufgebauten kettenförmigen Verbindungen dienen in der Forschung oftmals als eine Art organischer Zweikomponenten-Kleber. Während der als Kopf bezeichnete Teil der Kette am Oberflächenmaterial haftet, ragt der Schwanz wie ein Fangarm in die entgegengesetzte Richtung und bindet – in diesem Fall – die Nano-Goldpartikel an sich.

Um die angestrebte unterschiedliche Dichteverteilung der winzigen Gold-Teilchen zu erreichen, bedienten sich die Wissenschaftler nun eines Tricks: Sie dampften zunächst die Organosilane ausgehend von einer Seite des rechteckigen Trägermaterials auf. Abhängig von ihrer Entfernung zur Dampfquelle sanken die molekularen Klebstoffe mit unterschiedlicher Dichte auf die Oberfläche herab und sorgten für ihre graduelle Verteilung. Im nächsten Schritt verlieh eine mit Goldpartikeln versetzte Lösung den Organosilanen zunächst eine positive Ladung, wodurch sie anschließend die durch eine chemische Hülle negativ geladenen Nano-Goldpartikel aus dem Tauchbad fischen und an sich binden konnten.

Mit Hilfe von Rasterkraftmikroskopie und Methoden der Röntgenbeugung konnten Bhat und seine Kollegen den Erfolg ihres Experimentes sichtbar machen. Das erhoffte Ergebnis bestätigte sich: Jedes Organosilan-Molekül war mit einem Goldpartikel besetzt, womit die Forscher erstmals gezielt eine chemische Matrize als Vorlage für die Oberflächenbeschichtung mit Nano-Strukturen eingesetzt haben. "Die Möglichkeit, diese Vorlagen unterschiedlich zu gestalten, erlaubt uns die Nutzung von Nano-Partikeln mit variierenden Eigenschaften", erklärt Bhat.

Die zukünftige Anwendung ihrer Ergebnisse sehen die Wissenschaftler beispielsweise in der Chemie. Der Einsatz von mit Nano-Teilchen beschichteten Oberflächen könnte dortigen Forschern beispielsweise die zeitraubende Suche nach geeigneten Nano-Katalysatoren erleichtern. Die Arbeitsgruppe um Bhat untersucht nun, ob sich auch andere Stoffe zur Beschichtung eignen und Nano-Partikel verschiedenster Natur binden können. Der Forscher fügt hinzu: "Obwohl dieses Gebiet noch neu ist, behalten wir immer die mögliche Anwendung dieser Materialien im Auge."