Stabilisierte Goldnanopartikel als Marker

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Sowohl der Prozess der Nanopartikelbildung als auch die Stabilitätskriterien einer Golddispersion, hergestellt mit Na-Zitrat als Reduktionsmittel, sind heute zwar weitgehend verstanden, dennoch stellt die gezielte Herstellung monodisperser Goldnanodispersionen nach wie vor eine wissenschaftliche Herausforderung dar. Dies hängt eng mit der Tatsache zusammen, dass z.B. ungeladene kolloidale Partikel zur Alterung und somit Aggregation neigen. Um den Aggregations-Prozess zu verhindern, müssen nach dem Keimbildungs-Prozess zusätzlich geeignete Stabilisierungsagenzien (z.B. Polymere) eingesetzt werden, die an der Partikeloberfläche adsorbieren können.

Die Stabilität der kolloidalen Dispersionen wird so über eine sterische Stabilisierung realisiert. Eine breite Anwendung finden in diesem Zusammenhang Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglykol und deren Blockcopolymere [7] sowie amphiphile Blockcopolymere [8]. In der aktuellen Forschung befasst man sich seit einiger Zeit verstärkt mit der Kontrolle des Teilchenbildungsprozesses und ist dabei auf der Suche nach neuen Reduktionsmitteln auf Basis geladener Polymere, so genannter Polyelektrolyte.

Kontrolle des Bildungsprozesses

Wie bereits dargestellt, sind vor allem zwei generelle Fragestellungen bei der Herstellung kolloidaler Goldnanopartikel von entscheidender Bedeutung:

Eine monodisperse Teilchengrößenverteilung mit Partikelgrößen ≤ 10 nm ist erforderlich.

Die Nanopartikel müssen, verbunden mit einer Modifizierung der Oberfläche, hinsichtlich des geforderten Anwendungsprofiles stabilisiert werden.

Die Intention, sich mit der Substanzklasse der Polyelektrolyte näher zu befassen, liegt in der Tatsache begründet, dass sich mit diesen Polymeren sowohl sterische als auch elektrostatische Effekte verbinden lassen und so die sehr effektive elektrosterische Stabilisierung realisiert werden kann. Darüber hinaus konnte am Beispiel des linearen und verzweigten Polyethylenimins gezeigt werden, dass sich Goldnanopartikel in wässriger Lösung ohne zusätzliches reduzierendes Agenz herstellen lassen [9-10]. Die Polyelektrolyte fungieren dabei einerseits als Reduktionsmittel und andererseits als Stabilisierungsmittel für die gebildeten Nanopartikel.

Der Fokus der Arbeiten an der Universität Potsdam ist insbesondere auf die Herstellung ultrafeiner Goldnanopartikel gerichtet, die durch schwache Polyelektrolyte stabilisiert sind. Dabei stellte sich auch die Frage, wie die Biokompatibilität der Goldpartikel verbessert und die cytotoxischen Eigenschaften reduziert werden können. Für diese Zwecke bieten sich z.B. oligosaccharid-modifizierte hyperverzweigte Polyethylenimine an, deren generelle Struktur in Abbildung 1 dargestellt ist. In aktuellen Arbeiten konnte gezeigt werden, dass die unterschiedlichen Aminogruppen des Polyethylenimins unterschiedliche Aufgaben im Teilchenbildungs-Prozess erfüllen. So stellen die sekundären Aminogruppen die hauptsächliche Komponente im Reduktions-Prozess dar, während die tertiären Aminogruppen sich in dieser Hinsicht inaktiv verhalten und die primären Aminogruppen vorwiegend einen stabilisierenden Effekt ausüben. Die finale Teilchengröße und -gestalt wird insbesondere durch den sterischen Stabilisierungseffekt der Oligosaccharidgruppen bestimmt [11]. Die zur Goldnanopartikelbildung herangezogenen Polymere sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

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