Nanoparticles - Info

Nanopartikel

Inhaltsverzeichnis

• Partikelgrößen
• Teilchenformen
• Teilchenbeschichtungen
• Partikelherstellung
• Teilchenmetriken
• Quantum dots
• Magnetische Nanopartikel
• Mikrokugeln/Mikropartikel
• Hochkonvertierende Nanopartikel
• Konjugierte Nanopartikel

Partikelgrößen

Anhand ihres Durchmessers lassen sich die Partikel in verschiedene Gruppen einteilen:

Ihre Größe ist auch die Erklärung für eine interessante Eigenschaft: Da sichtbares Licht im Wellenlängenbereich von 400 - 700 nm liegt, sind Nanopartikel im Lichtmikroskop unsichtbar.

Der Einsatz von Elektronenmikroskopen oder Mikroskopen mit Laser ermöglicht es Wissenschaftlern, Nanopartikel sichtbar zu machen.

Da der typische Durchmesser eines Atoms 0,15 - 0,6 nm beträgt, befinden sich Nanopartikel aufgrund ihrer Größe genau zwischen Massenmaterialien und atomaren oder molekularen Strukturen.

Die Herstellung von Nanopartikeln ist ein Teilgebiet der Nanotechnologie.

Teilchenformen

Die Form von Nanopartikeln kann entweder als nicht-sphärisch (Prismen, Würfel, Stäbchen etc.) oder als sphärisch beschrieben werden.

Besonders bei nichtkugelförmigen Nanopartikeln führen ihre Form und Größe zu spezifischen chemischen und physikalischen Eigenschaften, die auf vielfältige Weise genutzt werden können.

Prominente Materialien für nichtkugelförmige Nanopartikel sind Gold (Au), Silber (Ag) und Platin (Pt), während für kugelförmige Nanopartikel häufig Kieselsäure verwendet wird.

Nanopartz ist das einzige Unternehmen weltweit, das kugelförmige Goldnanopartikel mit einem Durchmesser von 1nm bis 1500nm, Goldnanostäbchen mit Oberflächenplasmonenresonanzen von 550nm bis 2100nm und Goldnanodrähte mit einer Länge von bis zu 40 Mikrometern anbietet.

Die Farbe der Partikel, die durch ihre Resonanzwellenlänge verursacht wird, kann durch Feinabstimmung der geometrischen Eigenschaften der Partikel verschoben werden. Auf diese Weise können sie z.B. für molekulare Markierungen und biomolekulare Assays verwendet werden.

Im Gegensatz zu Nanopartikeln sind Kolloide ein Gemisch von Partikeln: Sie bestehen aus Teilchen einer Phase, die in einer anderen Phase dispergiert oder suspendiert sind.

Teilchenbeschichtungen

Nanopartikel können mit anderen Substanzen beschichtet werden. Diese Schicht ist zwar nur ein Molekül dick, kann aber die Eigenschaften des Teilchens drastisch verändern. Zu den beeinflussten Eigenschaften gehören die chemische Reaktivität, die katalytische Aktivität und die Stabilität des Partikels in Suspension.

Partikelherstellung

Nanopartikel können auf viele Arten hergestellt werden. Ein biologischer Weg besteht darin, Polymere (Zellulose, Lignin, Chitin oder Stärke) in ihre einzelnen nanoskaligen Bausteine zu zerlegen.

Teilchenmetriken

• Größe und Streuung
• Form
• Chemische Zusammensetzung und Kristallstruktur
• Oberfläche
• Oberflächenchemie und Ladung
• Löslichkeit

Quantum dots

Quantum dots sind Halbleiter-Nanokristalle. Die Quantenmechanik führt dazu, dass sich ihre optischen und elektronischen Eigenschaften von denen größerer Teilchen unterscheiden.

Wenn sie mit UV-Licht bestrahlt werden, emittieren Quantenpunkte Licht.

Magnetische Nanopartikel

Magnetische Nanopartikel sind Mikro- oder Nanomaterialien mit magnetischen Eigenschaften.

Magnetische Nanopartikel können aus verschiedenen Materialien wie Eisenoxid, Nickel und Kobalt zusammengesetzt sein.

Mikrokugeln/Mikropartikel

Mikropartikel sind kleine kugelförmige Teilchen. Ihr Durchmesser reicht von 1 - 1000 µm.

Mikropartikel werden aus Glas, Polymeren, Metall oder Keramik hergestellt und können entweder feste oder hohle Schalen sein.

Die Verwendung von Polymeren (Polyethylen und Polystyrol) ist vor allem bei der Zellsortierung und Immunpräzipiation üblich: Proteine und Liganden adsorbieren an Polystyrol.

Hochkonvertierende Nanopartikel

Hochkonvertierende Nanopartikel, kurz "UCNPs", sind Partikel im Nanobereich. Ihr Durchmesser reicht von 1 - 100 nm.

Sie besitzen die Fähigkeit, Photonen hochzukonvertieren. Der Prozess der Photonenaufwärtskonversion beginnt mit zwei oder mehr Photonen niedrigerer Energie. Bei der Anregung durch einen Laser im Infrarotspektrum werden sie in ein Photon mit hoher Energie umgewandelt, das im sichtbaren oder ultravioletten Spektrum emittiert wird.

Hochkonvertierende Nanopartikel können in der in vivo Bildgebung, Bio-Sensorik und Nanomedizin eingesetzt werden.

Zu ihren Vorteilen gehört, dass sie hocheffizient von den Zellen aufgenommen werden, dass ihre optische Durchdringungskraft sehr hoch ist und dass sie in der Tiefe des Gewebes nur wenig Hintergrundrauschen verursachen.

Ein weiterer Vorteil ist, dass ihr tief eindringendes Licht die Zellen weniger schädigt und weniger Energie benötigt.

Konjugierte Nanopartikel

Nanoprobes bietet eine breite Palette an konjugierten Gold-Nanopartikeln:

• Antikörper
• Lipide
• Streptavidin