Silber-Nanopartikel

Synthese, Stabilität und biologische Wirkungen

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Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, Silber-Nanopartikel hinsichtlich ihres Verhaltens in einem biologischen Umfeld zu untersuchen. Dazu wurden zunächst mit verschiedenen nasschemischen Methoden Nanopartikel synthetisiert. Diese Partikel wiesen unterschiedliche Größen und Funktionalisierungen auf. Es wurden 70 nm große Partikel durch Reduktion mit Glucose dargestellt, die mit dem Polymer PVP funktionalisiert waren. Durch Reduktion mit Natriumcitrat konnten 45 nm große Partikel erhalten werden, die elektrostatisch stabilisiert waren. Durch die Zugabe von Gerbsäure konnte die Partikelgröße deutlich auf 20 nm verringert werden. Diese Nanopartikel konnten mit PVP oder dem Phosphin-Liganden TPPTS funktionalisiert werden und zeigten, ebenso wie die mit Glucose reduzierten Partikel, eine hohe kolloidale Stabilität. Die Nanopartikel wurden jeweils eingehend mit zahlreichen kolloidchemischen und weiteren Methoden charakterisiert. Dabei zeigten sich die Stärken, aber auch die Grenzen einzelner Methoden wie der Dynamischen Lichtstreuung und der analytischen Scheibenzentrifugation.
Es konnte gezeigt werden, dass Silber-Nanopartikel in verschiedenen Medien Ionen freisetzen, sich also auflösen. Dabei wurde gelöster Sauerstoff als die wahrscheinliche Ursache für die Oxidation des metallischen Silbers identifiziert: In sauerstofffreiem Wasser lösten sich die Partikel nahezu nicht auf. Der Zusatz diverser Stoffe förderte (H2O2) oder inhibierte (Cystein, NaCl) die Auflösung der Nanopartikel. Auch anhand makroskopischen Silbers konnte gezeigt werden, dass die chemische Umgebung die Freisetzung von Silberionen aus dem metallischen Silber beeinflusst: Eine Funktionalisierung mit Cystein verminderte die Ionenfreisetzung signifikant.
Die mit Glucose reduzierten, PVP-funktionalisierten Silber-Nanopartikel und die mit Citrat und Gerbsäure reduzierten und mit PVP oder TPPTS umfunktionalisierten Nanopartikel wiesen auch in biologischen Zellkulturmedien eine hohe kolloidale Stabilität auf. Sie waren zum Teil über drei Tage in dem stark salzhaltigen, mit FCS versetzten Medium stabil, ohne nennenswerte Agglomeration zu zeigen. Dies ist insbesondere relevant, wenn die Partikel für zellbiologische Untersuchungen verwendet werden sollen. Bei diesen Experimenten wurde eine merkliche Anhebung des hydrodynamischen Durchmessers der dispergierten Partikel festgestellt. Da vermutet wurde, dass dies auf die Bildung einer Protein-Corona um die Partikel zurückzuführen ist, wurde die Adsorption von BSA untersucht. Dabei konnte ebenfalls eine Zunahme des Partikeldurchmessers in Abhängigkeit von der BSA-Konzentration beobachtet werden. BSA bildete eine konzentrationsabhängige Multilage um die Nanopartikel herum aus.
Die zellbiologische Untersuchung der Wirkung der synthetisierten Silber-Nanopartikel zeigte, dass sie toxisch auf humane mesenchymale Stammzellen (hMSC) wirken. Diese toxische Wirkung ließ sich mit der Auflösung der Nanopartikel korrelieren. Je älter die Nanopartikel waren, je länger sie also in wässriger Dispersion gelagert wurden und Ionen freisetzen konnten, desto toxischer waren sie. Die Lagerung unter inerten Bedingungen verringerte die Toxizität der Nanopartikel im Vergleich zur Lagerung in lufthaltigem Wasser. Es wurde mittels der FIB-Technik nachgewiesen, dass Silber-Nanopartikel sowohl von hMSC, als auch von Monozyten aufgenommen werden. Die Nanopartikel aktivieren die Zellen, was durch die Messung der veränderten Freisetzung von Interleukin-6 und Interleukin-8 gezeigt wurde.
Da sich die Nanopartikel während der Lagerung in wässriger Dispersion dadurch verändern, dass sie sich langsam auflösen und zusätzlich kolloidal altern, wurde versucht, die Partikel mittels Tiefkühlung und Lyophilisation zu konservieren. Dies ist durch den Zusatz des Kryoprotektors Trehalose sehr gut möglich, ohne dass die Partikel nach dem Auftauen bzw. Redispergieren ihre Monodispersität verlieren.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Chemie » Anorganische Chemie
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie » 546 Anorganische Chemie
Beitragende:
Prof. Dr. Epple, Matthias [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. rer. nat. Mayer, Christian [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
16.07.2012
Dokument erstellt am:
23.07.2012
Promotionsantrag am:
03.05.2012
Dateien geändert am:
23.07.2012
Medientyp:
Text