Hybrid Gold Nanoparticles for Nanomedical Applications

The present dissertation focuses on the synthesis of different sized gold nanoparticles (Au NPs), their phase transfer to aqueous solution, their characterization and functionalization for applications in modern nanomedicine. As this is a cumulative written dissertation the presented achievements...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Hühn, Jonas
Beteiligte: Parak, Wolfgang (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2017
Physik
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Inhaltsangabe: Die vorliegende Dissertation konzentriert sich auf die Synthese unterschiedlich großer Goldnanopartikel (Au NPs), deren Phasenübergang in wässrige Lösungen, sowie Charakterisierung und Funktionalisierung für moderne nanomedizinische Anwendungen. Da dies eine kumulativ geschriebene Dissertation ist, wurden und werden die vorgestellten Ergebnisse in anderer Form veröffentlicht. Die Kernziele und experimentellen Schwerpunkte, die zur Bearbeitung der Dissertation beigetragen haben, sind in hinreichender Form beschrieben. Die Synthese von Au NPs wird über zwei verschiedene Reduktionsmethoden beschrieben, welche zu unterschiedlich großen Nanokristallen führen. Bei kleineren NPs, von etwa 4 nm Kerndurchmesser, werden Au3+-Ionen durch Zugabe von Natriumborhydrid reduziert. Größere NPs mit etwa 18.5 nm Kerndurchmesser werden durch Reduktion von Au3+-Ionen mit Zitronensäure dargestellt. In beiden Fällen müssen Moleküle vorhanden sein, welche den NPs ihre kolloidale Stabilität verleihen und so zu einer erhöhten interpartikulären Abstoßung führen. Solche Liganden müssen gegebenenfalls während eines Phasenübergangs ersetzt werden, um die Wasserlöslichkeit der NPs zu gewährleisten. Zusätzlich dienen sie in vielen Fällen als Ankerpunkt für funktionelle Modifikationen der Nanopartikeloberfläche und müssen daher kritisch, hinsichtlich ihrer beabsichtigten Anwendung gewählt werden. Nach der Synthese muss die intrinsische Stabilität der Au NPs gegenüber erhöhter Ionenstärke einer Lösung überprüft werden, um sicherzustellen, dass die NPs für zusätzliche Funktionalisierungsreaktionen geeignet sind und auch in physiologischen Medien stabil sind. Nach sorgfältiger Untersuchung und Analyse hat ein vielversprechendes Hybrid-NP-System aus Au NPs und einer amphiphilen Polymerbeschichtung die anspruchsvollen Kriterien, die für die Funktionalisierung und in vitro-Untersuchungen erforderlich sind, nicht vollständig erfüllt. Änderungen an 17.8 nm Au NPs mit Polyethylenglykol (PEG) als Polymerschicht erlaubten die Wasserlöslichkeit von NPs, eine adäquate kolloidale Stabilität und eine gezielte Funktionalisierung. Die Funktionalisierung besteht darin, In3+-Ionen als Marker in die Polymerschicht einzubringen welche die Au NPs umhüllt. Zusätzlich wird eine Proteinkorona aus Rinderserumalbumin (eng.: bovin serum albumin (BSA)) an die Partikeloberfläche adsorbiert, welche mittels Iodatome markiert wird. Mit den Au NPs, der markierten Polymerhülle und Proteinkorona wird ein dreifach markiertes System geschaffen, dessen Zersetzung innerhalb von Säugetierzellen mittels Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (eng.: inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)) analysiert werden kann. Zusammengefasst wurde ein dreifach markiertes System aus Au NPs, Polymerhülle und Proteinkorona dargestellt dessen in vitro-Zersetzung untersucht werden kann und mit radioaktiven Markern ausgestattet, in Zukunft komplexere Zersetzungsexperimente an Tieren ermöglicht.