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Nanopartikel Elektrische Ladung von Nanopartikeln direkt gemessen

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Die Biophysikerin Prof. Madhavi Krishnan von der Universität Zürich hat eine neue Methode entwickelt, mit der sich Größe sowie elektrostatische Ladung von Nanopartikeln bestimmen lassen. Bisher war es nicht möglich, die Ladung der Teilchen direkt zu bestimmen. Diese bislang weltweit einmalige Methode ist bei der Herstellung von Arzneien genauso relevant wie für die Grundlagenforschung.

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Querschnitt durch zwei Glasplatten in Chip-Grösse, in dem ein Nano-Partikelchen in einem Energieloch, in der Fachsprache Potentialtopf, gefangen ist. Die farbigen Felder zeigen die unterschiedlichen Ladungen im elektrostatischen Feld. Dabei ist der rote Bereich sehr niedrig, der blaue Rand hingegen stark geladen.
Querschnitt durch zwei Glasplatten in Chip-Grösse, in dem ein Nano-Partikelchen in einem Energieloch, in der Fachsprache Potentialtopf, gefangen ist. Die farbigen Felder zeigen die unterschiedlichen Ladungen im elektrostatischen Feld. Dabei ist der rote Bereich sehr niedrig, der blaue Rand hingegen stark geladen.
(Bild: Universität Zürich UZH)

Zürich/Schweiz – Um die einzelnen Teilchen einer Lösung beobachten zu können, locken Prof. Madhavi Krishnan und ihre Mitarbeiter jedes von ihnen in eine „elektrostatische Falle“. Das funktioniert so: Die Forscher erzeugen zwischen zwei winzigen Glasplatten, die Chip-Grösse haben, tausende von runden Energielöchern. Der Trick ist, dass diese Löcher nur schwach elektrostatisch geladen sind. Geben die Wissenschaftler nun einen Tropfen Lösung auf die Plättchen, fällt jedes Teilchen in ein Energieloch und bleibt dort gefangen. Doch es ruht nicht still in seiner Falle, sondern wird ständig von den Molekülen in der Lösung angestupst. Dadurch bewegt es sich kreisförmig. „Diese Bewegungen messen wir und können daran die Ladung jedes einzelnen Teilchens bestimmen“, erklärt Prof. Madhavi Krishnan.

Denn einfach gesagt, ziehen die Partikel mit einer nur geringen Ladung in ihren Fallen große Kreise, diejenigen mit einer hohen Ladung nur kleine. So wie ein leichter Ball weit fliegt, ein schwerer hingegen nicht. Ähnlich bestimmte US-Physiker Robert A. Millikan vor 100 Jahren in seinem Öltropf-Experiment, wie schnell sich elektrisch geladene Öltropfen bewegen. 1923 erhielt er den Nobelpreis für Physik. „Doch er untersuchte die Tropfen in einem Vakuum“, erläutert die Biophysikerin. „Wir dagegen untersuchen Nano-Teilchen in einer Lösung, die selbst die Eigenschaften der Partikel beeinflusst.“

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