Forskere producerer bittesmå nanopartikler og afslører deres indre struktur for første gang

Små nanopartikler kan forsynes med farvestoffer og kan bruges til nye billeddannelsesteknikker, som kemikere og fysikere ved Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) viser i en nylig undersøgelse. Forskerne har også været de første til fuldt ud at bestemme partiklernes indre struktur. Deres resultater blev offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Angewandte Chemie .

Enkeltkædede nanopartikler (SCNP'er) er et attraktivt materiale til kemiske og biomedicinske anvendelser. De er skabt af kun en enkelt kæde af molekyler, der foldes til en partikel, hvis omkreds måler tre til fem nanometer. "Fordi de er så små, de kan rejse overalt i den menneskelige krop og bruges til en lang række formål, " siger professor Wolfgang Binder fra Institut for Kemi på MLU. Da det er et nyt forskningsområde, nogle spørgsmål er stadig ubesvarede. Indtil nu, for eksempel, den indre struktur af partiklerne var kun blevet antaget, men ikke endeligt løst.

Efter at Binder og hans team udviklede nye enkeltkædede nanopartikler, der kunne bruges i medicin, de ville vide mere om deres struktur. "Vi konkluderede, at de nanopartikler, vi udviklede, skal have en speciel, indre struktur, " siger Binder. For at fastslå dette, han kontaktede kolleger fra afdelingerne for kemi og fysik på MLU. Ved at bruge en kombination af elektronspinresonans og fluorescensspektroskopi, forskerne var i stand til at visualisere strukturen af ​​en SCNP for første gang. "De danner en slags nano-lomme, der kan beskytte et farvestof eller andre molekyler, " forklarer Binder. Deres resultater er i overensstemmelse med tidligere antagelser om den mulige rumlige struktur i sådanne små partikler.

Formålet med Binders forskergruppe er at udvikle nanopartikler til diagnostisk testning. Imidlertid, at producere nanopartiklerne er en kompleks opgave. "De skal være praktisk talt usynlige for kroppen, " forklarer Justus Friedrich Hoffmann, en ph.d. studerende i Binders forskningsgruppe. De kan ikke ødelægges af kroppens immunsystem, og de skal også have de rigtige indre bindingssteder, så et farvestof eller et andet molekyle kan opbevares og beskyttes. Ud over, de skal være vandopløselige, så de kan transporteres via blodbanen. "De danner ofte store klumper, men vi har nu været i stand til at producere individuelle partikler, " siger Hoffmann. De brugte et kemisk trick til at kondensere kæden til den ønskede form.

Farvestoffet, som indgår i fremstillingsprocessen, skal bruges til såkaldt fotoakustisk billeddannelse. Proceduren repræsenterer et alternativ til computertomografi, men uden den farlige stråling. Det giver mulighed for at se flere centimeter dybt ind i væv udefra kroppen. Normalt ødelægges farvestoffet hurtigt af kroppen, siger Binder. De små nanopartikler beskytter farvestoffet, som kunne bruges, for eksempel, i visualiseringen af ​​tumorer, som det ville trænge ind via blodkarrene.

SCNP'er kan bruges i en lang række andre applikationer, også. For eksempel, de kunne bruges som nanoreaktorer, hvor kemiske reaktioner finder sted.