Mögliche Anwendungen in der medizinischen Diagnostik und Therapie und der Sensorik
11.09.2007
Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) haben eine Methode entwickelt, um stäbchenförmige Nanopartikel aus einer Mixtur ganz verschieden geformter Teilchen auszusondern. "Wir haben dazu ein Verfahren aus der Molekularbiologie, das etwa für DNA-Tests verwendet wird, zu unseren Zwecken abgewandelt", erläutert Prof. Dr. Carsten Sönnichsen vom Institut für Physikalische Chemie. Die mithilfe der sogenannte Gel-Elektrophorese gewonnenen Stäbchen sind vor allem für Anwendungen in der medizinischen Diagnostik und Therapie, aber auch in der Sensorik interessant. Die Arbeiten zur Selektion von Nanopartikeln wurden in der Forschergruppe von Sönnichsen maßgeblich von einem jungen Studenten, Matthias Hanauer, vorangetrieben, der nach seinem Vordiplom ein freiwilliges Sommerpraktikum am Institut absolviert hat. Das Fachmagazin Nature würdigt die Forschungsarbeit als "Research Highlight".
Nanokristalle, die in Lösungen wachsen, enthalten meist Teilchen ganz verschiedener Form und Größe. "Ein gutes Beispiel ist Silber. Hier bekommen wir bei der Herstellung die Nanopartikel als Stäbchen, Dreiecke, Würfel und Kugeln", erklärt Sönnichsen. Nun hängen aber viele Eigenschaften ganz wesentlich von Form und Größe der Partikel ab. "Daher ist es wichtig, dass wir nach der Synthese eine Möglichkeit haben, diese verschieden geformten Teilchen voneinander zu trennen und in einheitlicher, reiner Form zu erhalten." Sönnichsen und seine Gruppe griffen zu einem Verfahren, das in der Molekularbiologie und der Chemie verwendet wird, um Moleküle wie etwa DNA oder Proteine zu separieren. Sie verwenden dazu ein Agarose-Gel, ähnlich wie Gelatine. Es wird dann ein elektrisches Feld angelegt und unter diesem Einfluss bewegen sich die mit einer geladenen Polymerschicht überzogenen Silberteilchen je nach Form und Größe unterschiedlich weit. Kleine Teilchen kommen weiter, große Teilchen wie Stäbchen verfangen sich und kommen nicht so weit. Durch diese Auftrennung bilden sich in dem Gel bunte Streifen, wobei jede Farbe einer ganz bestimmten Sorte von Teilchen entspricht. Die Ergebnisse können unter dem Elektronenmikroskop überprüft werden.
Arbeiten im Nanometerbereich erfolgen auf einer Skala von einigen millionstel Millimetern bis zu einem tausendstel Millimeter – das ist bis zu hunderttausendmal kleiner als ein menschliches Haar. Bislang waren solche Teilchentrennungen, wenn überhaupt, nur mit sehr umständlichen Methoden möglich. "Separationstechniken werden aber immer wichtiger", betont Sönnichsen. Für bestimmte Anwendungen möchte man nur Stäbchen haben und keine anderen Formen, die stören würden. So werden in der photothermalen Krebstherapie Stäbchen eingesetzt, um durch ihre Aufheizung lokal Gewebe zu zerstören. Sönnichsen arbeitet auf diesem Gebiet mit dem Fraunhofer Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) in St. Ingbert in einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt zusammen. Der Wissenschaftler ist seit Anfang 2005 Juniorprofessor am Institut für Physikalische Chemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und Leiter einer Emmy Noether-Nachwuchsgruppe.