Lösungen mit speziellen Nanopartikel erscheinen bei Tageslicht klar (oben), leuchten jedoch unter UV-Licht. Foto: WWU - Vielhaber
Münster (upm), 28. August 2009
Sie sind winzig klein und mit bloßem Auge längst nicht sichtbar. Schwimmen sie aber millionenfach in Lösung, bringen sie die Flüssigkeit unter UV-Licht zum Leuchten. Blau zum Beispiel, rot oder grün. „Wenn die Lösung leuchtet, wissen wir, dass wir erfolgreich waren", sagt Torsten Vielhaber, Diplom-Chemiker und Doktorand an der Universität Münster. „Ansonsten haben sie sich aufgelöst." Die Rede ist von speziellen Nanopartikeln, so genannten Lanthanoidphosphaten. Sie sollen in Zukunft einmal eingesetzt werden, um biologische Moleküle zu markieren, da ihre Leuchtfähigkeit die Leuchtkraft herkömmlicher Fluoreszenzmarker übertrifft.
Bis die Nanopartikel tatsächlich anwendbar sein werden, ist für die Forscher noch viel zu tun. In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Uwe Karst am Institut für Anorganische und Analytische Chemie läuft die Arbeit auf Hochtouren. Sie ist Teil eines Gemeinschaftsprojektes, das zusammen mit drei münsterschen Nanotechnologie-Firmen und einer Forschergruppe des Universitätsklinikums durchgeführt und vom Land Nordrhein-Westfalen mit insgesamt rund 1,9 Millionen Euro für drei Jahre gefördert wird.
Im Fokus des Projekts steht die Oberflächencharakterisierung von Nanopartikeln. „Im Verhältnis zur Partikelgröße ist die Oberfläche im Nanobereich so groß, dass sie die Eigenschaften der Teilchen maßgeblich bestimmt. Etwa die Hälfte aller Atome sitzen an der Oberfläche", sagt Prof. Karst. Sein Mitarbeiter Dr. Martin Vogel ergänzt: „Die Oberflächenchemie ist jedoch kompliziert. Nanopartikel klumpen gern zusammen, dann kann man sie schwer wieder trennen, um sie einzeln zu untersuchen."
Die Wissenschaftler im Verbund möchten Zusammensetzung und Struktur der Nanopartikel genau klären, um zu wissen, durch welche Oberflächenelemente sie ihre speziellen Eigenschaften erhalten. „Wir brauchen dieses Verständnis, um diese Eigenschaften gezielt verbessern zu können", sagt Vielhaber, der sich in seiner Doktorarbeit den winzigen Teilchen widmet.
Die Arbeitsgruppe von Prof. Karst stellt die für das Verbundprojekt benötigten Nanopartikel her und untersucht, welche Elemente darin vorkommen. Dazu verwenden die Forscher ein spezielles spektroskopisches Verfahren, bei dem die Nanopartikel mit einem Laser verdampft werden. Dieser Dampf wird dann weiter analysiert. Die anderen Projektpartner - die Firmen Tascon, Iontof und nanoAnalytics - haben sich auf die Analyse der Oberflächenstruktur der Partikel spezialisiert. Die Gruppe am UKM wird schließlich untersuchen, ob die Nanopartikel abhängig von ihren Oberflächeneigenschaften auf Zellen toxisch wirken.
Wie intensiv Nanopartikel leuchten können, demonstriert Vielhaber im Labor. Der Doktorand hält Flüssigkeit mit Lanthanoidphosphaten unter eine UV-Lampe - und schon leuchtet sie grün. Betrachtet man die Flüssigkeit bei Tageslicht, wirkt sie glasklar. Von den Nanopartikeln ist nichts zu sehen, dazu sind sie viel zu klein.
Damit das schöne grüne Leuchten auftritt, müssen die münsterschen Chemiker zunächst viel Arbeit in die Probenvorbereitung stecken. Und genau das ist im Verbundprojekt ihre erste Aufgabe: Sie müssen die Herstellung der Partikel zunächst standardisieren, um sie demnächst „serienmäßig" an die Projektpartner ausliefern zu können.