Ein Schwerpunktprogramm der DFG

In einer beliebigen Umgebung (gasförmig oder flüssig) werden sich Nanopartikel in Form, Größe, Aggregation und Oberflächenzusammensetzung „equilibrieren". Deshalb ändern sich diese Eigenschaften, wenn Nanopartikel von der Gasphase in eine flüssige Phase oder sogar aus einer wässrigen Lösung in biologische Flüssigkeiten eindringen. Dies liegt an Änderungen in den Spannungskräften, der reaktiven Umgebung oder andren Parametern der kondensierten Phaseninteraktion, inklusive Wasserstoffbrücken, hydrophobischer Anziehung, Komplexbildung etc. Darüber hinaus können Nanopartikel in biologischen Umgebungen auch liganden austauschen, biologische Membranen durchdringen, sich per Endocytose oder noch unbekannten Prozessen an Zellen verschiedener Typen binden oder in diese eindringen. In einer aufeinanderfolgenden Reihe transzellularer oder parezellularer Mechanismen können Nanopartikel auch mehrere Zellschichten oder subzellulare Strukturen durchdringen.

Dieses Forschungsfeld befasst sich daher mit allen Aspekten der Überquerung von Phasengrenzen durch Nanopartikel sowie deren Interaktion mit Biomolekülen, Zellen und Zellbestandteilen, das heißt:

  • Phasentransfer von NPs aus Gasen zu kondensierten Oberflächen, inklusive der Ansammlungsraten auf wässrigen oder mit Tensiden beladenen Oberflächen.
  • Änderungen der Interfaces von NPs in Körperflüssigkeiten und Zellen inklusive Transformationen von Nanopartikeln in bezug auf Größe, Form, Morphologie und Liganden.
  • Mechanismen und Raten von NP/Proteininteraktionen sowie Zellulare Aufnahme
  • Identifikation der Parameter die die Translokation von NPs über Membranen wie z.B. die Luft-Blut-Schranke oder dir Blut-Hirn-Schranke

Es wird erwartet, dass die Entwicklung von Methoden zur Untersuchung von Änderungen der NPs beim 'Phasentransfer' in Körperflüssigkeiten und Zellen nötig sein wird. Dies setzt das Aufgreifen und die Veränderung von oberflächenspezifischen Charakterisierungsmethoden voraus, die wie oben erwähnt für in situ- und ortsspezifische Zwecke entwickelt wurden. Ebenfalls setzen die Untersuchungen der Interaktionen von NPs mit Proteinen sowie ihrer Translokationen die Verfügbarkeit von Techniken voraus, die der Identifikation und Analyse dienen, inklusive konfokaler und/oder Fluoreszenzmikroskopie mit Auflösung im Nanobereich.

3. Der Einfluss von Nanopartikeln auf fundamentale biologische Funktionen