Siegen. Quantenpunkte könnten völlig neue Displays ermöglichen. Doch die Einsatzbereiche gehen viel weiter. Ein Team der Uni Siegen ist am Thema dran.

Der Nobelpreis für Chemie ging im vergangenen Jahr an drei Wissenschaftler für deren Arbeiten an Quantenpunkten. Quantenpunkte (englisch: Quantum Dots) gehören zu einem Forschungsgebiet, mit dem sich auch Prof. Dr. Claudia Wickleder an der Universität Siegen beschäftigt. Einer ihrer Studenten, Moritz Dango, hat gerade eine mit dem Alumni-Preis Chemie-Biologie ausgezeichnete Bachelorarbeit zu dem Thema geschrieben. Er wird außerdem mit einem Stipendium im Rahmen des Studienförderfonds der Uni Siegen gefördert. „Moritz Dango arbeitet aktuell an der Synthetisierung von Quantenpunkten basierend auf Silber-Sulfid und Silber-Selenid“, heißt es dazu in einer Mitteilung.

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Quantenpunkte sind winzige Kristalle aus Halbleitermaterialien. „Wir reden hier von nanoskopischen Strukturen, also von millionstel Millimetern“, so die Professorin der Anorganischen Chemie. Wegen der besonderen optischen Eigenschaften seien Quantenpunkte ideale Materialien für moderne Fernseher (Q-LEDs), aber auch für medizinische oder biologische Sensoren, wie die Uni erläutert. Zukünftig seien „weitere, innovative Anwendungen von Quantenpunkten“ geplant.

Prof. Dr. Claudia Wickleder und Student Moritz Dango erforschen an der Universität Siegen die optischen Eigenschaften von Quantenpunkten.
Prof. Dr. Claudia Wickleder und Student Moritz Dango erforschen an der Universität Siegen die optischen Eigenschaften von Quantenpunkten. © Universität Siegen | Universität Siegen

Universität Siegen: Quantenpunkte könnten auch als Tumormarker in Betracht kommen

Die optischen Eigenschaften von Q-LEDs interessierten auch Claudia Wickleder. Sie forscht schon lange zu leuchtenden und nachleuchtenden Nanopartikeln. Wichtig sind diese nicht nur für die Industrie, sondern auch in der Medizin. „Quantenpunkte haben den großen Vorteil, dass sie suspendierbar sind, sich also nicht lösen, sondern in Flüssigkeit schweben“, erklärt die Wissenschaftlerin. Sie sind damit injizierbar und als mögliche Tumormarker von Interesse. Quantenpunkte können nämlich Licht emittieren und zwar je nach ihrer Größe in unterschiedlichen Farben.

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Um das genauer zu erläutern, zückt Claudia Wickleder Stift und Papier. „Bei den Quantenpunkten bewegen sich Elektronen in einem sehr begrenzten Raum.“ Sie zeichnet Rechtecke mit Punkten darin. „Hier“, sagt sie und ergänzt einige Pfeile. „Wenn hier ein Elektron von einem höheren in einen niedrigeren Energiezustand springt, dann wird Licht ausgestrahlt.“ Sie zeichnet weitere Kästchen in unterschiedlichen Abständen. „Das Spannende ist nun, dass sich, je nachdem wie groß die Abstände der elektronischen Zustände im Quantenpunkt sind, sich die Leuchtfarbe verändert. Große Quantenpunkte senden langwelligen rotes Licht aus, kleine Quantenpunkte strahlen kurzwelliges, blaues Licht ab.“ Quantenpunkte erzeugen somit Licht, dessen Wellenlänge und damit Farbe über die Größe einstellbar ist. Quantenpunkte werden aus unterschiedlichen Verbindungen hergestellt. Die bekannten Materialien beinhalten aber giftiges Cadmium. „Deshalb konzentrieren wir uns – gerade in Hinblick auf die medizinische Nutzung – auf Silber-Chalcogenide.“

Moritz Dango wurde für seine Bachelor-Arbeit an der Uni Siegen mit dem Alumni-Preis Biologie-Chemieausgezeichnet. Sein Interesse gilt vor allem der Forschung im Bereich Quantenpunkte.
Moritz Dango wurde für seine Bachelor-Arbeit an der Uni Siegen mit dem Alumni-Preis Biologie-Chemieausgezeichnet. Sein Interesse gilt vor allem der Forschung im Bereich Quantenpunkte. © Universität Siegen | Universität Siegen

Uni Siegen: Quantenpunkte auch für Umwelttechnik und Biomedizin von großem Interesse

Chemiestudent Moritz Dango entwickelt dazu Quantenpunkte aus Silbersulfid und Silberselenid. Diese leuchten im Infrarotbereich und eignen sich daher besonders für medizinische Sensorik, da Gewebe nicht für sichtbares Licht, aber für IR-Strahlung durchlässig ist. Silbersulfid und Silberselenid sind darüber hinaus aufgrund ihrer geringen Toxizität von Vorteil. Während Moritz Dango für Silber-Sulfid bereits weitreichende Erfolge erzielt hat, sind die Forschungen für Silber-Selenid noch nicht abgeschlossen. Aber „schließlich steht ja auch seine Masterarbeit noch an“, heißt es seitens der Uni.

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An dem Thema möchte Moritz Dango nach eigenem Bekunden gern weiter forschen, nicht zuletzt, weil die Möglichkeiten in der Anwendung so vielfältig seien. Quantenpunkte gelten als Schlüsseltechnologie auch in der Elektronik. „Sie können im Bereich der Sicherheitstechnik eine Rolle spielen und sind in der Biomedizin und Umwelttechnik von Bedeutung, so dass Quantenpunkte weltweit Gegenstand intensiver Forschung sind“, wie den Ausführungen zu entnehmen ist. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Siegen würden sich daran weiter beteiligen, heißt es abschließend.

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