Functional Gold Nanoparticles for Biomedical Applications

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.