24.02.2015 - Angewandte Chemie

Film-Produzent: Freitragende Monoschichten aus protein-verknüpften Goldnanopartikeln

Freitragende Filme aus Nanopartikeln sind von großem technischem Interesse, etwa für die Entwicklung zukünftiger nanoelektronischer Geräte. Koreanische Wissenschaftler stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt sehr flexible und stabile Monoschichten aus Goldnanopartikeln vor, die in einem Selbstorganisationsprozess durch eine spezifische Aggregation von Proteinen entstehen. Mit den Filmen konnten bis zu 10 cm große Wafer beschichtet werden.

Erfolgsgeheimnis der neuen Strategie ist ein kleines Protein, α-Synuclein, das unter anderem die Dopamin-Ausschüttung im Gehirn reguliert. Fehlerhaft gefaltete Formen scheinen an der Entstehung neurodegenerativer Krankheiten wie Morbus Parkinson beteiligt zu sein, die zu schwer löslichen fibrillären Strukturen aggregieren. So verheerend sich diese Umfaltung im Gehirn auswirkt, so nützlich zeigte sie sich jetzt bei der Herstellung großflächiger Filme aus Goldnanopartikeln.

Für die Herstellung der Filme beschichteten die Wissenschaftler um Seung R. Paik (Seoul National University) zunächst Goldnanopartikel mit α-Synuclein. Anschließend erfolgt deren Adsorption an eine Polycarbonat-Oberfläche, die zuvor mit einem Sauerstoff-Plasma gereinigt wurde. Die Proteine haften hier besonders gut und bilden nach und nach eine dicht gepackte Monoschicht aus Goldnanopartikeln, die über unspezifische Wechselwirkungen zwischen den Proteinen zusammengehalten wird. Im letzten Schritt wird der Polycarbonat-Träger in Chloroform aufgelöst. Das Lösungsmittel löst gleichzeitig die Umfaltung der Proteine aus, was sie fest und spezifisch miteinander aggregieren lässt und den nunmehr freitragenden Monoschichten die nötige Stabilität verleiht – auch nach dem Trocknen. Anders als mit bisherigen Methoden sind so auch Filme mit einer Ausdehnung im Millimeter- und Zentimeterbereich zugänglich, etwa im Format einer 4-inch-Wafer.

Die Farbe der transparenten Filme hängt von der Größe der verwendeten Goldnanopartikel ab: 10-nm-Partikel-Filme zeigen sich leuchtend pink, 20-nm-Partikel-Filme sind violett und solche aus 30-nm-Partikeln dunkelblau. Die Filme sind so flexibel, dass sie zusammengeknüllt werden können und sich in einer Flüssigkeit wieder glatt ausgebreiten lassen. Zudem können sie runde Oberflächen, beispielsweise Silica-Kügelchen, umhüllen, ohne zu reißen.

Den Forschern gelang zudem, mittels lithographisch bearbeiteter Substrate Filme mit Lochmustern herzustellen. Durch sequenzielle Adsorption an den Träger waren zudem farbig gemusterte Filme aus zwei verschieden großen Nanopartikel-Sorten zugänglich.

Die Wissenschaftler hoffen, die Filme mit verschiedenen Funktionalitäten ausstatten zu können, z.B. mit magnetischen Nanopartikeln oder Quantenpunkten. Potenzielle Anwendungen sehen sie im Bereich elektronischer Bauteile, ultradünner Displays sowie biokompatibler Sensoren zur in vivo-Beobachtung von Organen und Geweben. Die Filme könnten zudem als Schnittstelle zwischen Zelle und Maschine dienen für Anwendungen in den Neurowissenschaften und der Robotertechnik.

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