Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg

Titel: Surface Modification and Functionalization of Colloidal Nanoparticles
Autor: Ali, Zulqurnain
Weitere Beteiligte: Parak, Wolfgang J. (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2011
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0083
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2011-00833
DOI: https://doi.org/10.17192/z2011.0083
DDC: Physik
Titel(trans.): Oberflächenmodifizierung und Funktionalisierung von kolloidalen Nanopartikeln

Dokument

Schlagwörter:
Surface modification, Imaging probes, Nanoparticles, Surface modification, Nanoparticle

Summary:
Den Schwerpunkt dieser Dissertation stellt die Synthese multifunktionaler Nanopartikel, sowie deren Oberflächen-Modifikation und –Funktionalisierung für biologische Anwendungen dar. Kolloidale Nanopartikel haben gemeinsame, größenabhängige physikalische und chemische Eigenschaften inne, die in einer Weise kontrollierbar sind, wie es für makroskopische Festkörper nicht möglich ist. Multimodale, molekulare Bildgebung ist die synergetische Kombination aus zwei oder mehr Detektionstechniken, ermöglicht durch multimodale Objekte und Bildgebungsverfahren und gewährleistet eine verbesserte Visualisierung biologischer Materialien. Einige Prototypen, die auf multimodalen Nanopartikeln basieren, sind entwickelt worden. Kolloidale Nanopartikel,aufgebaut aus einem anorganischen Kern und einer Polymerhülle wurden synthetisiert. Sowohl der Kern als auch die Polymerhülle können je nach Zweckmäßigkeit für die Bildgebung/Detektion fluoreszent, magnetisch oder radioaktiv sein. Das Polymer enthält Carboxygruppen, die die Partikel durch elektrostatische Repulsion stabilisieren und darüber hinaus als Bindungsstellen für weitere chemische Funktionalisierungen zur Verfügung stehen. Hydrophobe Nanopartikel (CdSe/ZnS, Fe2O3 oder Gold-198) wurden anhand unterschiedlich modifizierter Polymere (mit Gadolinium, organischen Fluorophoren oder Indium-111) in eine wässrige Phase überführt. Zur Untersuchung nanopartikel-basierter Sensoren wurde eine FRET-Struktur eingeführt, in der ein organischer Farbstoff (ATTO-590) als Akzeptor direkt in die Polymerhülle eingebettet wurde, die die kolloidale Stabilität der als Donor fungierenden CdSe/ZnS Quantenpunkte generierte. Zur Detektion von Protonen wurden sowohl negativ als auch positiv geladene Goldnanopartikel mit einem ionensensitiven Farbstoff (SNARF) modifiziert. Es wurde außerdem demonstriert, dass das Sensor-Signal nicht durch die reale Konzentration, sondern die lokale Konzentration, in der „nano“-Umgebung der Partikeloberfläche generiert wird. Darüber hinaus wurde in einer kollaborativen Arbeit demonstriert, dass Nanopartikel-Kerne kombiniert mit Polymerhüllen für die Induktion von Zellschädigungen verantwortlich sind, nicht jedoch die Hüllen allein. Es wurde festgestellt, dass das Aufnahmeverhalten und die zellulär unfreundlichen Effekte von der Dauer der Aussetzung, vom Zelltyp und der Zellkultur abhängen. Außerdem wurden Goldnanopartikel mit und ohne PEG-Modifizierung in der „rainbow trout gill“ Zelllinie RTGill-W untersucht, wobei Goldnanopartikel mit PEG-Modifizierung eine geringere Toxizität auf die Alge als nicht PEG-modifizierte Partikel zeigten.

Zusammenfassung:
The principle focus of this dissertation is the synthesis of multifunctional nanoparticles, their surface modification and functionalization for biological applications. Colloidal nanoparticles possess unique size dependent physical and chemical properties that can be controlled in a manner that is not possible in bulk size materials. Multi modal molecular imaging is the synergistic combination of two or more detection techniques, enabled by multi modal probes and imaging agents and ensures enhanced visualization of biological materials. Some prototypical probes based on multimodal nanoparticles have been developed. Colloidal nanoparticles composed of an inorganic corematerial and a polymer shell have been synthesized. Both, the core and the polymer shell can be fluorescent, magnetic, or radioactive for appropriate imaging / detection. The polymer contains carboxylic groups that stabilize the particles by electrostatic repulsion and moreover provide anchor groups for further chemical functionalization. Hydrophobic nanoparticles (CdSe/ZnS, Fe2O3 or Gold-198) have been transferred to an aqueous phase by means of modified polymers (with Gadolinium, Organic fluorophores or Indium-111). For the study of sensors based on nanoparticles, a FRET geometry has been introduced, in which the organic dye (ATTO-590) as an acceptor is directly incorporated into the polymer shell used to provide colloidal stability for the CdSe/ZnS quantum dot donor. For the detection of protons,gold nanoparticles coated with negatively or positively charged polymers have been modified with an ion sensitive dye (SNARF). It has been demonstrated that sensor read-out should be thus not determined by the bulk ion concentration, but by the local ion concentration in the “nano”- environment of the nanoparticles surface. In a collaborative work it was moreover demonstrated that nanoparticles cores combined with the polymer shells are responsible for the induction of proinflammatory effects and not the shells alone. It is concluded that the uptake behavior and the proinflammatory response upon particle exposure are dependent on the time, cell type, and cell culture. In addition gold nanoparticles with and without PEG modification have been investigated in “rainbow trout gill” cell line RTGill-W and it was observed that the PEG modified goldnanoparticles were found to be less toxic to the alga compared to the non PEG modified particles.


* Das Dokument ist im Internet frei zugänglich - Hinweise zu den Nutzungsrechten