Neuartige mehrlagige fluoreszierende Nanopartikel mit charakteristischen Fluoreszenzspektren

Sollen Nanopartikel mit bestimmten Merkmalen hergestellt und auch zu Formkörpern verarbeitet werden, dürfen sie die besonderen Eigenschaften nicht verlieren, die sie aufgrund ihrer Nanoskaligkeit besitzen. Es muss verhindert werden, dass durch die Wechselwirkung der Teilchen untereinander wieder größere Einheiten gebildet werden. Dies ist mit Hilfe beschichteter Nanoteilchen gelungen, die mit Hilfe des Karlsruher Mikrowellenplasmaverfahrens (KMP-Verfahren) hergestellt wurden.

Eine interessante Eigenschaft von Nanoteilchen ist die Fluoreszenz. Oxidische Nanopartikel allerdings büßen ihre Fluoreszenzeigenschaften wegen der Bildung von Hydroxiden an der Oberfläche sehr schnell ein. Durch eine zusätzliche Polymerbeschichtung kann diese Reaktion unterbunden werden. Dabei wurde ein bemerkenswertes Phänomen entdeckt: Auch viele nicht-fluoreszierende Metalloxide zeigen nach einer Beschichtung deutliche Fluoreszenz, unabhängig davon, ob Pulver oder Suspensionen betrachtet werden!

Dreilagige Nanopartikel in Pulverform in Glasküvetten und eingebettet in einer Kunststoffmatrix fluoreszieren im UV-Licht

In einer Weiterentwicklung wurden Komposite aus drei Bestandteilen gefertigt: Das oxidische Nanoteilchen als Kern wird von einer Monolage eines organischen Farbstoffs umhüllt, welche wiederum von der schützenden Polymerschicht umgeben ist. Auf diese Weise kann die Emissionsfarbe durch eine große Auswahl an Luminophoren, also Substanzen, die nach Anregung Licht ausstrahlen, in weitem Spektrum variiert werden.

Vorteile dieser neuartigen Nanopartikel

·  Ungiftigkeit sowie hohe Stabilität gegenüber Wasser und anderen Lösungsmitteln

·  Charakteristische Fluoreszenz für spezifische Materialkombinationen

·  Kombination von Eigenschaften (z.B. superparamagnetische fluoreszierende Nanopartikel)

Anwendungsmöglichkeiten

·  Marker in Medizin und Biologie

·  Sicherheitsmerkmale

·  Informationstechnologie

Das KMP-Verfahren zur Herstellung von nicht agglomerisierten Nanopulvern wurde in den Jahren 1991/92 am Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Materialforschung III, entwickelt. Die erweitere Verwendung zur Gewinnung von Keramik-Keramik- und Keramik-Polymer-Nanokompositen wurde möglich, weil die Teilchen die Plasmazone, in der sie entstehen, mit einer elektrischen Ladung verlassen, so dass sie sich gegenseitig abstoßen. Auch ein Agglomerieren der Teilchen wird dadurch verhindert.

Ansprechpartner
Dr. D. Vinga Szabó

Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Institut für Materialforschung III

Postfach 3640, 76021 Karlsruhe

dorothee.szabo@imf.fzk.de