Nanogefäß mit einer Perle aus Gold
Metall-keramische Janusteilchen für neuartige funktionale, dynamische Einschlusskörper in Nanokolloidsystemen
Medizinische Anwendungen erfordern es oft, Nanopartikel in eine bestimmte Zielumgebung zu bringen. Einschlusskörper oder Wirt-Gast-Systeme sind dafür häufig das Mittel der Wahl: Ihr gezieltes Design ist jedoch schwierig, und anorganische Kolloide aus Nanoeinschlusskörpern sind noch kaum bekannt. Gerade solche Systeme sind jedoch leicht zu modifizieren und vielseitig. Nun beschreiben Stuttgarter Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie einen neuartigen Ansatz für ein funktionalisierbares, nanokolloidales Wirt-Gast-System aus rein anorganischen Komponenten. Ihr System besteht aus einem oxidischen Nanokorb mit eingeschlossenem Gold-Nanopartikel, das aus seinem Behältnis durch Änderung der Umgebungsbedingungen einfach freigesetzt wird.
Lösungen mit Nanopartikeln enthalten meist Tenside oder Polymere zur Löslichkeitsvermittlung, die aber die Oberfläche des Metalls verändern. Dies ließe sich durch einen rein anorganischen Ansatz mit Einschlusskörpern vermeiden. Peer Fischer, Professor am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme und der Universität Stuttgart argumentiert: "Das oxidische Gefäß ummantelt die Teilchen, verändert sie aber nicht. Dadurch können sie auch ohne Tenside und Polymere in sehr unterschiedlichen Lösungsmitteln und unter extremen Umgebungsbedingungen stabilisiert werden. ... Außerdem kann man den Einschlusskomplex als programmierbaren Nanoreaktor verwenden." Sein Team und er stellten daher durch physikalische Dampfabscheidung und nasschemische Verfahren Einschlusskörper her, die aus einem Nanoteilchen aus Gold in einem Nanokorb aus Silicium- oder Titandioxid bestanden. So wie man eine Tasche ausleert, ließ sich das Gold-Nanopartikel aus dem Nanokorb einfach durch Änderung der Umgebungsbedingungen wieder entfernen.
Ausgangsmaterial für den Nanokorb waren Gold-Silber-Januspartikel, die die Forscher auf einem Siliciumwafer aufwachsen ließen. Über das Silber kam eine weitere Schicht Siliciumdioxid, sodass doppelte Janusteilchen, also Teilchen mit verschiedenen Eigenschaften auf den gegenüberliegenden Seiten, entstanden. Nach spezifischer Herauslösung des Silbers blieb die Goldperle am Boden der Mulde des Nanokorbs übrig, zuverlässig gebunden an Sauerstoffionen der umgebenen Wand. Ansäuerung löste diese Bindung, das Gold-Nanopartikel fiel heraus und ließ den leeren Nanokorb zurück.
Um solche kolloidalen Wirt-Gast-Systeme auch in einer stark salzhaltigen Umgebung oder zur Herstellung und Stabilisierung von Emulsionen und Kolloiden verwenden zu können, kann man, so beschreibt Fischer, das oxidische Körbchen auch noch weiter funktionalisieren. Auch andere Materialien für den Einschlusskörper sind möglich. "Man kann ein Metall wie Silber auch chemisch zu einem Halbleiter umfunktionalisieren und somit die das Spektrum möglicher Materialien vergrößern", fügt er hinzu. Der neue Ansatz von Fischer und Koautoren Alarcón und Lee gibt einen ganz neuen Blickwinkel auf die Herstellung von funktionalen anorganischen Kolloiden.
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