Von Uta Bilow
Winzige poröse Würfel einheitlicher Größe
17. Januar 2007 Zu den vielen Anwendungsgebieten von Nanopartikeln gehört auch die Medizin. Die winzigen Teilchen sollen dort vor allem Transportaufgaben übernehmen und verkapselte Wirkstoffe gezielt an ihren Bestimmungsort im Körper bringen. Doch die Herstellung von Nanopartikeln, etwa aus dem gewebeverträglichen Siliziumdioxid, birgt gewisse Schwierigkeiten. Silikatteilchen, die man aus einer Lösung abscheidet, besitzen selten einheitliche Größe und Form. Außerdem neigen sie dazu, miteinander zu verklumpen.
Einen eleganten Ausweg aus diesem Dilemma haben nun Forscher von der University of Minnesota in Minneapolis gefunden. Bei ihrem Verfahren entstehen die nanometergroßen Silikatpartikeln nicht durch einen Aufbau aus kleineren Einheiten, sondern durch den gesteuerten Abbau größerer gitterartiger Strukturen. Damit ist es Fan Li, Zhiyong Wang und Andreas Stein gelungen, winzige poröse Würfel und Kügelchen einheitlicher Größe herzustellen.
Polymer als Gussform
Polymers als Gussform für die herzustellenden Nanopartikeln
Die Synthese der Silikat-Nanopartikeln erfolgte in mehreren Schritten. Zunächst schufen die Forscher einen makroskopischen Kristall, der aus ungezählten mikrometergroßen Kugeln des Polymers PMMA bestand und als Gussform für die herzustellenden Nanopartikeln dienen sollte. Die Hohlräume zwischen den äußerst dicht gepackten Kugeln hatten die Gestalt von Oktaedern und Tetraedern. Danach tränkten die Chemiker die Gussform mit einer Lösung aus einer siliziumorganischen Verbindung, Oxalsäure und einem Tensid. Das Gemisch drang in die kleinen Zwischenräume des Kristalls und erstarrte darin zu einem Gel. Anschließend wurde die Probe auf 550 Grad erhitzt, wodurch sich zum einen das Tensid zersetzte und winzige Poren im Gel hinterließ. Zum anderen verwandelte sich die siliziumhaltige Verbindung langsam in festes Siliziumdioxid. Schließlich verbrannten auch noch die PMMA-Kügelchen. Übrig blieb das Negativ der Kugelpackung – also ein Silikatgerüst aus winzigen Oktaedern und Tetraedern, die über feine Stege miteinander verbunden waren.
Mit fortschreitender Verfestigung des Siliziumdioxids schrumpfte die Probe, zerbrach an den Stegen und zerfiel so in kleine Bruchstücke aus Oktaedern und Tetraedern. Diese schrumpften so lange weiter, bis daraus einheitliche Würfel mit einer Kantenlänge von 119 Nanometern beziehungsweise 55 Nanometer große Kugeln entstanden waren. Beide Teilchensorten hatten kleine Poren und ließen sich durch Zentrifugieren leicht voneinander trennen, wie Stein und seine Kollegen in der Online-Ausgabe der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ berichten.
Saugfähige Poren
Das Verfahren eröffnet eine Reihe von Möglichkeiten. So lässt sich die Größe der Würfel und Kugeln gezielt verändern, indem man lediglich anders dimensionierte PMMA-Kügelchen für die Gussform verwendet. Dank ihrer Poren können die Würfel und Kugeln ihrerseits als Gussform für andere Materialien verwendet werden. Auf großes Interesse dürfte die Möglichkeit stoßen, die Nanowürfel und Nanokugeln als Transporter für Wirkstoffe zu nutzen. Diese können von den Poren in den Partikeln aufgesaugt werden. Derart verpackt ließen sich empfindliche Wirkstoffe in Tablettenform verabreichen, so dass sie über den Magen in die Blutbahn gelangen würden. Auf lästige Injektionen könnte künftig verzichtet werden.
Dass sich Insulin schon wirkungsvoll in Nanoteilchen aus Chitosan verpacken lässt, haben jüngst chinesische Wissenschaftler demonstriert. Wie die Forscher in der Zeitschrift „Biomacromolecules“ (Bd. 8, S. 146) berichten, haben Tests mit an Diabetes erkrankten Mäusen gezeigt, dass sich der Blutzuckerwert der Tiere mit dem oral verabreichten, verkapselten Insulin regulieren ließ. Nanowürfel aus gewebeverträglichem Siliziumdioxid könnten für diese Zwecke ebenso geeignet sein wie solche aus Chitosan, das erst aus Garnelenschalen gewonnen werden muss.
Text: F.A.Z.
Bildmaterial: Andreas Stein
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