Glyphosat ist eines der weltweit am häufigsten eingesetzten Herbizide. Sein Einsatz wird u.a. auf Grund einer möglichen karzinogenen Wirkung und eines möglichen negativen Einflusses auf die Biodiversität kritisch diskutiert. Um Aussagen über die Verbreitung von Glyphosat in der Umwelt treffen zu können, werden verlässliche Nachweissysteme benötigt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, ein einfaches optisches System zum schnellen Nachweis von Glyphosat in wässrigen Proben, basierend auf einer Hydrophobin-funktionalisierten Oberfläche, die das Glyphosat Zielprotein präsentiert, zu entwickeln. Hierfür wurden verschiedene Fusionsproteine aus dem Glyphosat Zielprotein, der 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphatsynthase (EPSPS, hier aus dem Bakterium Escherichia coli (EcEPSPS)) und dem zur Selbstassemblierung an hydrophilen/hydrophoben Grenzflächen befähigten Hydrophobin Ccg2 aus Neurospora crassa erzeugt, welche für die Oberflächenfunktionalisierung eingesetzt wurden. Die Expression und Reinigung der Fusionsproteine und von Ccg2 in E. coli verlief erfolgreich. Nach initialen Kontaktwinkelmessungen zur Untersuchung der Funktionalität des Hydrophobins und Enzymaktivitätsmessungen für die Fusionsproteine, konnte deren Aktivität auch nach der Reinigung nachgewiesen werden. Dabei erwies sich das Fusionsprotein Ccg2_GS_EcEPSPS, aufgrund einer hohen enzymatischen Aktivität nach Immobilisierung, als am besten geeignet. Es wurden verschiedene Belegverhältnisse zwischen Hydrophobin und Fusionsprotein untersucht, um etwaige sterische Behinderungen zu minimieren. Hierbei erwies sich ein Belegverhältnis von 1 µM Ccg2_GS_EcEPSPS und 5 µM Ccg2 für die künftigen Messungen als gut geeignet. Auf Basis der so funktionalisierten Oberfläche wurden zwei Verfahren zum optischen Nachweis von Glyphosat entwickelt. Eines der Verfahren, der Malachitgrün-Assay, weist die enzymatische Aktivität der EPSPS auf der Oberfläche nach, genauer das entstehende anorganische Phosphat (Pi). Durch Glyphosathemmung entsteht weniger Pi, dies kann mittels Malachitgrün-Assay nachgewiesen werden. Unter Laborbedingungen konnte ein Detektionslimit von 50 nM erreicht werden. Des Weiteren zeigte der Assay keine nennenswerte Querempfindlichkeit und erwies sich damit als sehr spezifisch. Zusätzlich wurde der Einfluss unterschiedlicher Temperaturen und pH-Werte untersucht. Es zeigte sich, dass Schwankungen dieser Parameter den Assay beeinflussen. Auch ein Einfluss der Ionenstärke konnte festgestellt werden. Deshalb sind entsprechende Kontrollen unerlässlich. Der Einfluss nicht-reaktionsbedingten Phosphates konnte durch Vorinkubation der Oberfläche mit der Glyphosat-haltigen Analyselösung mit anschließender Entfernung der Selbigen und Durchführung des Malachitgrün-Assays minimiert werden. Das zweite Verfahren, der Hydrogelsonden (HGS)-Assay, weist direkt die Interaktion von Glyphosat und der immobilisierten EcEPSPS nach. Hierfür wurden verformbare, Glyphosat-dekorierte HGS aus Polyethylenglykol benötigt. Bei Abwesenheit von freiem Glyphosat liegen die Bindestellen der immobilisierten EPSPS frei vor, sodass sie für die Bindung des immobilisierten Glyphosats an den HGS zur Verfügung stehen. Zwischen den HGS und der Oberfläche entsteht auf diese Weise eine große Kontaktfläche, welche mittels Reflektionsinterferenzkontrastmikroksopie messbar ist. Freies Glyphosat in der Analyselösung reduziert die verfügbaren Bindestellen an der Oberfläche. Dies resultiert in einer kleineren Kontaktfläche. Auf diese Weise kann durch Ermittlung der Größe der Kontaktfläche zwischen HGS und funktionalisierter Oberfläche und der daraus berechneten Adhäsionsenergie, auf das Vorhandensein von Glyphosat in der Analyselösung geschlossen werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nach Optimierung der Oberflächenbeschichtung, ein positiver Machbarkeitsbeweis für dieses Verfahren erbracht werden.

Hyper-Raman-Streuung folgt anderen Symmetrieauswahlregeln als Raman-Streuung und profitiert als nicht-linearer Zweiphotonenprozess noch mehr von verstärkten elektromagnetischen Feldern an der Oberfläche plasmonischer Nanostrukturen. Damit könnte die oberflächenverstärkte Hyper-Raman-Streuung (SEHRS) praktische Bedeutung in der Spektroskopie erlangen. Durch die Kombination von SEHRS und oberflächenverstärkter Raman-Streuung (SERS) können komplementäre Strukturinformationen erhalten werden. Diese eignen sich aufgrund der Lokalisierung der Verstärkung auf die unmittelbare Umgebung der Nanostrukturen besonders für die Charakterisierung der Wechselwirkung zwischen Molekülen und Metalloberflächen. Ziel dieser Arbeit war es, ein tieferes Verständnis des SEHRS-Effekts zu erlangen und dessen Anwendbarkeit für analytische Fragestellungen einzuschätzen. Dazu wurden SEHRS-Experimente mit Anregung bei 1064 nm und SERS-Experimente mit Anregung bei derselben Wellenlänge sowie mit Anregung bei 532 nm - für eine Detektion von SEHRS und SERS im gleichen Spektralbereich - durchgeführt. Als Beispiel für nicht-resonante Anregung wurden die vom pH-Wert abhängigen SEHRS- und SERS-Spektren von para-Mercaptobenzoesäure untersucht. Mit diesen Spektren wurde die Wechselwirkung verschiedener Silbernanostrukturen mit den Molekülen charakterisiert. Anhand von beta-Carotin wurden Einflüsse von Resonanzverstärkung im SEHRS-Experiment durch die gleichzeitige Anregung eines molekularen elektronischen Übergangs untersucht. Dabei wurde durch eine Thiolfunktionalisierung des Carotins eine intensivere Wechselwirkung mit der Silberoberfläche erzielt, sodass nicht nur resonante SEHRS- und SERS-Spektren, sondern auch nicht-resonante SERS-Spektren von Carotin erhalten werden konnten. Die Anwendbarkeit von SEHRS für hyperspektrale Kartierung in Verbindung mit Mikrospektroskopie wurde durch die Untersuchung von Verteilungen verschiedener Farbstoffe auf strukturierten plasmonischen Oberflächen demonstriert. / Hyper-Raman scattering follows different symmetry selection rules than Raman scattering and, as a non-linear two-photon process, profits even more than Raman scattering from enhanced electromagnetic fields at the surface of plasmonic nanostructures. Surface-enhanced hyper-Raman scattering (SEHRS) could thus gain practical importance for spectroscopy. The combination of SEHRS and surface-enhanced Raman scattering (SERS) offers complementary structural information. Specifically, due to the localization of the enhancement to the close proximity of the nanostructures, this information can be utilized for the characterization of the interaction between molecules and metal surfaces. The aim of this work was to increase the understanding of the SEHRS effect and to assess its applicability to answer analytical questions. For that purpose, SEHRS experiments with excitation at 1064 nm and SERS experiments with excitation at the same wavelength, as well as with excitation at 532 nm - to detect SEHRS and SERS in the same spectral region - were conducted. As an example for non-resonant excitation, pH-dependent SEHRS and SERS spectra of para-mercaptobenzoic acid were examined. Based on these spectra, the interaction of different silver nanostructures with the molecules was characterized. beta-Carotene was used to study the influence of resonance enhancement by the excitation of a molecular electronic transition during SEHRS experiments. By the thiol-functionalization of carotene, a more intense interaction with the silver surface was achieved, which enables to obtain not only resonant SEHRS and SERS but also non-resonant SERS spectra of carotene. Hyperspectral SEHRS imaging in combination with microspectroscopy was demonstrated by analyzing the distribution of different dyes on structured plasmonic surfaces.