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Antiker Farbstoff Ägyptisch Blau als Vorbild Strahlendes Blau für radiologische Aufnahmen

Quelle: Pressemitteilung Empa 2 min Lesedauer

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EMPA Eidgenössische Material- Prüfungs-und Forschungsanstalt
Hirschmann Laborgeräte GmbH & Co. KG
FAULHABER Antriebssysteme

Bildgebende Verfahren in der Zellanalyse benötigen häufig entsprechende Farbstoffe. Schweizer Materialforscher haben jetzt einen neuartigen Nanofarbstoff entwickelt, der auf einem Jahrtausende alten Vorgänger beruht. 

Exquisite Farbpalette: der Nanofarbstoff „Zurich Blue“(Bild: Empa)
Exquisite Farbpalette: der Nanofarbstoff „Zurich Blue“
(Bild: Empa)

Will man Krankheiten erkennen und medizinische Behandlungen überwachen, kommen bildgebende Verfahren zum Einsatz. Hierzu müssen moderne Kontrastmittel mit den Neuerungen der radiologischen Möglichkeiten mithalten. Ein Team um Robert Nissler und Inge Herrmann vom „Nanomaterials in Health“-Labor der Empa in St. Gallen, der ETH Zürich, der Universitätsklinik Balgrist und der Universität Zürich hat daher einen Nanofarbstoff entwickelt, der hochaufgelöste Bilder von Gehirnstrukturen ermöglicht.

Vorbild: ein historischer Farbstoff

Einen vielversprechenden Kandidaten fand das Team in einem historischen kupferhaltigen Material, dem sogenannten Ägyptisch Blau. Das Pigment gehört zu den ersten jemals künstlich hergestellten Farbstoffen der Menschheitsgeschichte und wurde bereits vor über 4.500 Jahren verwendet, etwa für Wandmalereien, auf antiker Keramik und ägyptischen Statuen.

Außer seiner leuchtend blauen Farbe, die mit dem bloßen Auge wahrnehmbar ist, offenbart Ägyptisch Blau sein Geheimnis vor speziellen Kameras, sobald es im Dunkeln mit Nah-Infrarotlicht beschienen wird: Es fluoresziert und strahlt Licht ab.

Der Materialforscher Robert Nissler brachte die Herstellung von „Zurich Blue“ im Team von Inge Herrmann voran.(Bild: Empa)
Der Materialforscher Robert Nissler brachte die Herstellung von „Zurich Blue“ im Team von Inge Herrmann voran.
(Bild: Empa)

Die Fluoreszenzeigenschaft in langwelligem Licht war für die Forschenden äußerst interessant, wobei die Herausforderung darin bestand, den Rohstoff so schonend zu verarbeiten, dass zweidimensionale Nanostrukturen entstehen, die während des Verfahrens ihre faszinierende Leuchtkraft behalten. Robert Nissler setzte hierfür die sogenannte Flammensynthese ein, was den historischen Herstellungsprozess komplett umkehrt: Statt Kupfererz zu zerkleinern und mit Hitze zu verarbeiten, bis ein feines Pigment entsteht, ging Nissler von Nanopartikeln aus, die während der Flammensynthese zunächst Metalloxid-Partikel bilden, die schließlich durch Laserbestrahlung zu zweidimensionalen ultrahellen Nanoschichten aufgebaut werden. „Das Verfahren ist nicht nur schonend und kontrollierbar, es ist auch für den industriellen Maßstab skalierbar“, so Robert Nissler.

Einzelne Immunzellen markieren

Teamleiterin Inge Herrmann ist zufrieden: „Das neue Hybridmaterial eignet sich für superhochauflösende Bildgebung in Echtzeit.“ Beispielsweise könne man den Weg einzelner Immunzellen im Gewebe verfolgen, die sich den Nanofarbstoff zuvor einverleibt hätten, so die Ingenieurin. Was bisher in Laborexperimenten in Zusammenarbeit mit Bildgebungsexperten um Daniel Razansky von der ETH und der Universität Zürich vielversprechend aussieht, soll in einem nächsten Schritt für die klinische Anwendung vorangebracht werden. Außer diagnostischen Möglichkeiten sehen die Forschenden hier auch das Potenzial, therapeutische Wirkstoffe an den Nanofarbstoff zu koppeln, um neuartige Therapien mit integrierter Bildgebung zu entwickeln.

Originalpublikation: R Nißler, Q Zhou, B Hill, SLJ Thomä, LRH Gerken, A Borzi, K Roost, B Mächler, XL Deán-Ben, A Neels, S Kruss, D, IK Herrmann; Unlocking NIR-II Photoluminescence in 2D Copper Tetrasilicate Nanosheets through Flame Spray Synthesis; Advanced Materials (2025)

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