Ein Schwerpunktprogramm der DFG

Während ihrer Interaktion mit biologischen Systemen durchlaufen Nanopartikel sequenziell verschiedene Umgebungen, beginnend mit der Gas- oder wässrigen Phase über Lösungen biologischer Moleküle bis hin zu komplexen Phasengrenzen wie Membranen. In jedem dieser Schritte hängt die spezifische Interaktion von den physikochemischen Eigenschaften der Partikel ab. Deshalb benötigt die Untersuchung der biologischen Reaktionen auf Nanopartikel eine große Vielfalt von Methoden zur Synthese, Gestaltung, Charakterisierung und Analyse von Nanopartikeln.

Die grundlegende Eigenschaft von Nanopartikeln ist ihre kleine physikalische Dimension. Zur Identifikation von biologischen Reaktionen müssen diese allerdings auch bezüglich ihrer Gesamtoberfläche, der chemischen Zusammensetzung der Oberfläche und/oder spezifischen Morphologie charakterisiert werden. Darüber hinaus ist eine detaillierte Charakterisierung bezüglich der grundlegenden Interaktionsprinzipien mit überwiegend wässrigen Umgebungen notwendig, die auch die Löslichkeit und Hydrophobie berücksichtigt. Zu diesem Zwecke müssen neue Techniken entwickelt werden, die vorzugsweise in situ und online verwendet werden können.

In der Herstellung von Nanopartikeln für die Verwendung in biologischen Studien ist ein beträchtlicher Aufwand erforderlich, um Methoden zur Synthese von Nanopartikeln in der Gasphase oder in Lösung sowie der Beschichtung ihrer Oberflächen mit funktionellen Gruppen zu entwickeln oder zu verbessern. Jede dieser Methoden muss sich auf die Herstellung von Nanopartikeln unter Berücksichtigung der Eigenschaften, von denen angenommen wird, dass sie Reaktionen in biologischen Systemen verursachen, konzentrieren (Gesamtoberfläche, chemische Zusammensetzung der Oberfläche, etc.).

Die Herstellungstechniken für Nanopartikel müssen mit verbesserten oder neu zu entwickelnden Techniken für die Charakterisierung von Nanopartikeln kombiniert werden. Der Einsatz modernster Methoden zur Bestimmung von Gesamtöberfläche (BET, Epiphaniometer und vergleichbare Ansätze), oberflächenspezifischer optischer Spektroskopie (Infrarot, sichtbares Licht, Röntgenstrahlung), unelastischer Lichstreuung (SERS) und Elektronenspektroskopie (Auger-Elektronenspektroskopie, Photoelektronenspektroskopie) sowie größenabhängiger Bestimungen mittels Mikroskopie (REM, (E)SEM, AFM Röntgenmikroskopie) bietet sich an.

2. Eindringen von Nanopartikeln in die biologische Umgebung und Interaktionen mit dieser