Funktionale Gold-Nanopartikel für biomedizinische Anwendungen

Autor: Hühn, Dominik
Přispěvatelé: Parak, Wolfgang (Prof. Dr.)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2014
Předmět:
DOI: 10.17192/z2014.0218
Popis: Zusammenfassung Die Thematik der vorliegenden Arbeit umfasst die Synthese, die Funktionalisierung und die Charakterisierung von kolloidalen Gold-Nanopartikeln. Die verwendeten Nanopartikel bestehen aus einem anorganischen Au Kern von ungefähr 5 nm Durchmesser, der durch hydrophobe Moleküle an der Oberfläche stabilisiert wird. Um die Nanopartikel in wässrige Umgebungen zu überführen (eine unverzichtbare Notwendigkeit für biomedizinische Anwendungen), werden sie mit einem amphiphilen Polymer ummantelt, das zum einen Wasserlösligkeit generiert und zum anderen die Möglichkeit zur weiteren Funktionalisierung eröffnet. Die physikochemischen Eigenschaften solcher Nanopartikel werden unter verschiedenen Gesichtspunkten verifiziert: Zunächst werden einige fundamentale intrinsische Oberflächeneigenschaften quantifiziert, was die Etablierung der pH-Titration als Charakterisierungsmethode einschließt. Es wird gezeigt, dass Carboxygruppen, die für die kolloidale Stabilisierung sorgen, teilweise verschiedene Eigenschaften (etwa ihr pKs-Wert), verglichen mit freien Carbonsäuren, besitzen. Diese Erkenntnisse sind bedeutend für die kolloidale Stabilisierung von Nanopartikeln wie auch für ihre weitere Funktionalisierung. Des weiteren werden zwei Typen von fluoreszent markierten Nanopartikeln, die sich in erster Ordnung nur in ihrer Netto-Oberflächenladung unterscheiden, verwendet, um die ladungsabhängige Interaktion von Nanopartikeln mit biologischen Systemen, einschließlich Proteinen und lebenden Zellen, zu untersuchen. Eine wesentliche Erkenntnis ist, dass sich um die Nanopartikel eine sogenannte Protein-Corona ausbildet, was weitreichende Auswirkungen auf die zelluläre Internalisierung hat. Darüber hinaus wird gezeigt, dass positiv geladene Nanopartikel stärker mit Zellen assoziieren, was mit einer höheren Toxizität verbunden ist. Zuletzt werden Nanopartikel an der Oberfläche mit ionensensitiven Farbstoffen funktionalisiert um Sensor-Anwendungen zu ermöglichen. Positiv geladene Nanopartikel werden mit einem Cl--sensitiven Farbstoff modifiziert und negativ geladene Nanopartikel mit einem Zn2+-sensitiven Farbstoff. Die Ziele der Dissertation können wie folgt zusammenfassend dargestellt werden: 1) Erweiterung der bestehenden Techniken für die Nanopartikel-Funktionalisierung, speziell in Bezug auf neue Typen von funktionalen Polymeren. 2) Eine fundamentale und umfassende Charakterisierung von Nanopartikeln, die von der Verifizierung intrinsischer, physikochemischer Eigenschaften bis hin zu biomedizinischen Anwendungen reicht.
Subjects of the present dissertation are the synthesis, the functionalization and the characterization of colloidal gold nanoparticles. The employed nanoparticles consist of an inorganic Au core of approximately 5 nm diameter, which is stabilized by hydrophobic surface molecules. To transfer the nanoparticles to aqueous environments (an indispensable necessity for biomedical applications) they are coated with an amphiphilic polymer, which generates water solubility and moreover gives the ability for further functionalization. The physico-chemical properties of such nanoparticles are verified within different purposes: First, several fundamental intrinsic surface properties are quantified, including the establishment of pH titration as characterization tool. It is found that the carboxylic groups, responsible for the colloidal stabilization, partly have different properties (like their pKa) compared to free standing carboxylic acids. These findings are crucial for the colloidal stabilization of nanoparticles as well as for their further functionalization. Secondly, two species of fluorescently labeled nanoparticles, which differed in first order only in the net surface charge, are employed to study charge dependent interaction of nanoparticles with biological systems, including proteins as well as living cells. The main finding is, that a so called protein corona forms around nanoparticles, what has far-reaching impacts on cell internalization abilities. Moreover it is found that positively charged nanoparticles show a higher cell association as well as a higher toxicity. Thirdly, nanoparticles are modified towards sensing applications by surface functionalization with ion sensitive dyes. Positively charged nanoparticles are modified with a Cl- sensitive dye and negatively charged nanoparticles are modified with a Zn2+ sensitive dye. The goals of the dissertation can be synoptically depicted as: 1) Extension of the existing techniques for nanoparticle functionalization, particularly regarding new types of functional polymers. 2) A fundamental and comprehensive characterization of nanoparticles ranging from the verification of intrinsic, physico-chemical properties to biomedical applications.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: