Goldiger Kosmos: Planet-Satellit-Nanostrukturen aus Goldnanopartikeln und RAFT-Stern-Polymeren
Ein Kosmos im Kleinen: Nanopartikel, die von einer Riege kleinerer Nanopartikel umgeben sind wie ein Planet von Satelliten, stellten deutsche Wissenschaftler her, indem sie größere Goldnanopartikel mit speziellen sternförmigen Polymeren bestückten, die wiederum kleinere Goldnanopartikel binden. Wie die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, lässt sich der Abstand dieser winzigen „Satelliten“ von ihrem zentralen „Planeten“ über die Molmasse – und damit die Kettenlängen – der Polymere genau einstellen.
Auch Forscher sind Ästheten. Sie haben ihre Freude an ungewöhnlichen nanoskopischen Architekturen mit geordneten Strukturen. Und natürlich sind sie neugierig, was für interessante physikalische Eigenschaften solchen Gebilden innewohnen. Diese Eigenschaften können oftmals ausgesprochen nützlich sein. So erhofft man sich etwa, dass Nano-Architekturen aus einem zentralen Nanopartikel, das in einem genau definierten Abstand von kleineren Nanopartikeln umgeben ist, beispielsweise Anwendung finden könnten als Sensoren, „Lineale“ zum Ausmessen biologischer Nanoobjekte und als Transportsysteme, die Wirkstoffe spezifisch zu Tumorzellen bringen. Bisher fehlte jedoch noch eine Methode, um maßgeschneiderte Planet-Satellit-Nanosysteme einfach, effizient, aber auch variabel herstellen zu können – essenzielle Voraussetzung für die Erforschung und den praktischen Einsatz solcher Nano-Architekturen.
Christian Rossner und Philipp Vana von der Universität Göttingen haben nun eine solche Methode entwickelt. Herzstück sind Polymere, die durch RAFT-Polymerisation hergestellt werden. RAFT (reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragung) ist eine Methode zur gezielten Synthese von Polymeren mit genau definiertem Polymerisationsgrad, sodass sehr einheitliche Polymere mit exakt einstellbarer Kettenlänge entstehen. Da es sich um einen kontrollierten Prozess handelt, lassen sich auch komplizierte Molekülarchitekturen synthetisieren, etwa kammförmige oder sternförmige Polymere. Rossner und Vana wählten Sternpolymere, bei denen von einem Zentrum vier Seitenketten wie Strahlen ausgehen. Die Seitenketten tragen Trithiocarbonat-Gruppen an ihrem Ende, Gruppen, die sehr gut an Goldoberflächen binden.
Die Forscher behandelten Goldnanopartikel mit diesen Sternpolymeren. Dabei binden jeweils zwei bis drei der „Strahlen“ an die Oberfläche, die übrigen ein bis zwei Strahlen bleiben frei und stehen zur Verfügung, um anschließend die kleineren Satelliten-Goldnanopartikel zu binden. Über die Molmasse der Sternpolymere – und damit der Länge der Strahlen – lassen sich die Abstände zwischen Planet und Satelliten genau einstellen und ganz nach Wunsch variieren. Die Satelliten können ihrerseits mit Polymerketten bestückt werden, die bestimmte chemische Gruppen an ihren Enden tragen. Auf diese Weise sind Gerüste aus Goldnanopartikeln mit vielen reaktiven Funktionalitäten in definiertem Abstand vom zentralen Kern zugänglich.
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