Bausteine Ligandenfreie Nanopartikel in Medizin und Katalysatoren

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Nano- und Materialinnovationen Niedersachsen e.V.

Die Particular GmbH, ein niedersächsischer Partner der Landesinitiative NMN, gibt im Folgenden einen Einblick in das innovative Anwendungspotential von ligandenfreien Nanopartikeln bei Herstellung und Nutzen in Medizinprodukten und Katalysatoren.

Nach wie vor mangelt es an Methoden, Nanopartikel effizient mit Funktionsmolekülen zu versehen und somit neue Funktionen in Materialien und Produkte zu integrieren. Ein wichtiger Aspekt für anspruchsvolle und hochwertige Anwendungen aus der Medizin- und Energietechnik ist dabei gleichzeitig die Reinheit der Partikel.

Herstellbar sind reine, ligandenfreie Nanopartikel auf physikalischem Weg durch einen Laserabtrag in Flüssigkeit direkt aus Festkörpern. Die so produzierten Kolloide sind vollkommen frei von Reaktionsresten oder Liganden und daher hochaktiv. Sie lassen sich als „nackte Bausteine" gezielt mit Biomolekülen oder Katalysatorträgern mit hohen Ausbeuten hybridisieren und somit in einem weiten Feld von Anwendungen in der Biomedizin und Katalyse einsetzen.

Die Aktivität der ligandenfreien Nanopartikel-Oberflächen ist beispielsweise für die Biomolekül-Konjugationseffizienz, die sperrschichtfreie Elektrodeposition sowie die Partikel-Trägerung zur heterogenen Katalyse nützlich. Insbesondere zur Entwicklung von heterogenen Nanopartikelkatalysatoren ist diese Synthesetechnik prädestiniert. Die Materialreinheit führt zu einer signifikanten Steigerung der Sorptionseffizienz des Partikels, und es werden keine zusätzlichen Reinigungsschritte benötigt.

Lasergenerierte Partikel weisen zudem aufgrund von Oberflächendefekten eine elektrische Oberflächenladung auf, die zu einer elektrostatischen Stabilisierung ohne den Einsatz von Liganden führt. Die Partikel lassen sich mit 20fach höheren Abscheidungseffizienzen als bei klassischen, zitratstabilisierten Nanopartikeln auf Trägeroberflächen abscheiden.

Jedoch kann nicht nur die Oberfläche der Nanopartikel auf den optimalen Einsatz abgestimmt werden, sondern auch das Nanopartikel selbst. Wie in der Makrowelt können mittels Legierungen zwei Eigenschaften in einem Material vereinigt werden. Ein Beispiel ist Platin, das sich mit mischbaren Elementen legieren lässt, indem für die Laserablation entsprechende Ausgangslegierungen verwendet werden.

Zusätzlich zur Gold-Legierung von Platin, die für die Katalyse relevant ist, wird für Platin-Elektroden häufig eine Legierung mit Iridium eingesetzt. Da aus der Laserablation eine Partikelladung hervorgeht, können diese Nanopartikel mittels Elektroabscheidung z.B. auf Platin-Iridium-Elektroden aufgebracht werden. So wird eine nanoskalige Oberflächentopographie erzeugt, ohne die Substratoberfläche chemisch zu verändern.

Nanopartikel ohne Liganden bieten somit neue Möglichkeiten in der Nanotechnologie, sogar für Materialien wie Platin, Palladium, Gold oder Silber, sowie Zugang zu legierten Nanopartikeln wie PtIr, FeNi oder AuAg mit exakt definierter Zusammensetzung.

Die Oberflächen von ligandenfreien Nanopartikeln können mit Trägern oder funktionalisierten Molekülen verbunden werden. Damit werden die Partikel zu „Bausteinen“ für sehr unterschiedliche Anwendungsfelder in der Nanotechnologie.

* Dr. Niko Bärsch, Particular GmbH, Langenhagen und

* Prof. Dr. Stephan Barcikowski, Lehrstuhl für Technische Chemie I, Universität Duisburg-Essen

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