Molekulare Kapseln transportieren Farb- und Wirkstoffe

14.04.2003: Aus der Werbung für Kosmetika kennen wir sie, Liposomen, kleine Fettkügelchen, die ihre Fracht tief in innere Hautschichten schleusen. Neben Liposomen gibt es eine ganze Reihe anderer nanoskopischer Kapselsysteme für verschiedenste Anwendungsbereiche. Chemiker von der Universität Mainz haben nun eine neue, sehr flexible Kapselvariante entwickelt.

Nano-Kapseln vom Liposom-Typ bestehen aus vielen einzelnen Untereinheiten, die zu einer Hohlkugel aggregieren. Bei einem Wechsel der äußeren Bedingungen können diese Gebilde jedoch zerfallen. Kapseln aus fest verknüpften Bausteinen sind zwar stabil, ihre Synthese gestaltet sich aber meist recht aufwendig. Relativ einfach herzustellen ist die neue Kapsel-Klasse der Mainzer Gruppe um Michael Maskos. Die Chemiker polymerisieren Silicium-Kohlenstoff-Verbindungen zu Nano-Partikeln aus langen, quervernetzten Ketten. Dabei entstehen so genannte Poly-Organosiloxane mit einem Kern-Schale-Aufbau. Drei prinzipiell verschiedene Typen haben die Mainzer Forscher im Sortiment. Allen gemein ist die feste hydrophobe Schale. Ins Innere der Partikel bauen die Chemiker zusätzlich geladene Gruppierungen ein. Sie sorgen für ein hydrophiles Milieu im Innenbereich. Typ 1 hat einen festen hydrophilen Kern, Typ 2 eine hydrophile Innenschale und einen weichen Kern, Typ 3 eine hydrophile Innenschale um einen Hohlraum. Maskos und seine Kollegen zeigten, dass alle drei Typen mit hydrophilen Farbstoffen beladen werden können, dabei selber aber in organischen Lösungsmitteln löslich sind. Verschiedene Farbstoffe bevorzugten dabei verschiedene Kapsel-Typen. Eine Verkapselung könnte Farbstoffe etwa in Autolacken oder Tintenstrahldruckern vor Umwelteinflüssen schützen; sonst nicht lösliche Farbstoffklassen könnten für neue Lacksysteme zugänglich gemacht werden.

Kapseln mit derartigen Eigenschaften sind prinzipiell auch in der Lage, polare pharmazeutische oder kosmetische Wirkstoffe durch die Haut oder durch Zellmembranen zu transportieren und zeitverzögert freizusetzen. Durch eine Variation der Molekül-Bausteine sind Nano-Kapseln mit unterschiedlichen Eigenschaften zugänglich. So ließe sich z.B. über die Anzahl der eingebauten geladenen Gruppen steuern, wie schnell ein Inhaltsstoff freigesetzt wird. Auch die Maschenweite der äußeren Schale der Kapseln kann gezielt eingestellt werden. Auf diese Weise lässt sich steuern, welche Moleküle Einlass finden - beispielsweise für Anwendung der Kapseln als Nano-Reaktionsgefäße und als "Behälter" von Katalysatoren.