Synthese und Funktionalisierung lumineszierender Nanopartikel für potenzielle biologische Anwendungen

Abstract

Im Rahmen der Arbeit wurden lumineszierende Nanopartikel (NP) hergestellt, die aufgrund ihrer optischen Eigenschaften in biologischen Systemen als Fluoreszenzmarkierung Anwendung finden könnten. Der Schwerpunkt lag dabei auf II-VI-QDs, insbesondere CdTe, mit verschiedenen Mercaptocarbonsäure-liganden. Außerdem wurden Lanthanoid-dotierte NP mit verschiedenen Materialien als Wirtsgitter (YVO4, ZrO2, CeO2) hergestellt. In beiden Fällen wurde der Einfluss unterschiedlicher Synthesebedingungen auf die Eigenschaften der Partikel untersucht. Sowohl die Lanthanoid-dotierten NP als auch die CdTe-QDs wurden funktionalisiert. Für diese QDs erfolgten bereits erste Untersuchungen, um sie als Fluoreszenzmarkierung zu verwenden.In Falle der QDs wurde der Einfluss der Reaktionstemperatur, des Verhältnisses von Cd:Te während der Synthese, die Alkylkettenlänge und Art der Liganden auf die optischen Eigenschaften untersucht. Alle diese Faktoren beeinflussen Absorption und Emission auf unterschiedliche Weise. Die CdTe-QDs wurden mit einer ZnS-Schale passiviert, um die Zytotoxizität zu verringern. Außerdem konnte auch hier ein Einfluss der Schale auf die optischen Eigenschaften beobachtete werden. Je nach Partikelgröße wurden v. a. die Emissionsmaxima zu längeren bzw. kürzeren Wellenlängen verschoben. Es konnten ebenfalls CSS-QDs, in Form von CdTe/CdS/ZnS, erhalten werden, welche jedoch zur Polydispersität neigten, weshalb auf eine weitere Untersuchung dieser verzichtet wurde. Neben CdTe wurden auch andere binäre (CdS, ZnS, ZnTe) und tertiäre (ZnSxTe1-x, CdSxTe1-x, ZnxCd1-xTe) II-VI-QDs hergestellt. Diese konnten die CdTe-QDs jedoch nicht hinsichtlich der Eigenschaften übertreffen. Es war darüber hinaus möglich, CdTe/ZnS-MUDA-QDs mit dem Oligosaccharid LNTEt zu funktionalisieren. Diese funktionalisierten Partikel wurden auf ihre Toxizität an SH-SY5Y-Zellen getestet und des Weiteren die Zellaufnahme der funktionalisierten und unfunktionalisierten QDs untersucht.Ln-dotierte Materialien dienten als Alternative zu den QDs, da sie ebenfalls fluoreszierten, aber aus toxikologischer Sicht weniger bedenklich sind. Von den drei unterschiedlichen Wirtsmaterialen erwies sich CeO2 als relativ ungeeignet, da die Lumineszenz nur sehr schwach, wenn überhaupt vorhanden, war. ZrO2 und YVO4 stellten sich als wesentlich geeigneter, wenn auch nicht als optimal, heraus.Im Falle von YVO4:Ln wurde zunächst untersucht, welche Edukte sich für die Synthese eigneten. Dabei zeigte sich, dass Oxide nicht die gewünschten Ergebnisse hinsichtlich der Reproduzierbarkeit lieferten. Bessere Ergebnisse konnten mit den Nitraten erzielt werden. Zudem konnte die breite Größenverteilung mit verschiedenen Carbonsäurederivaten verringert werden. Von zwölf verwendetet Lanthanoiden für die Dotierung, konnte bei sieben (Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm) eine Fluoreszenz beobachtet werden. Um eine möglichst starke Lumineszenz zu erzielen, wurden unterschiedliche Dotierungsgrade gewählt, wobei geringere Dotierungsgrade generell bessere Lumineszenzintensitäten lieferten als höhere.ZrO2-NP konnten ohne Liganden reproduzierbar und mit einer relativ engen Größenverteilung synthetisiert werden. Für die Dotierung wurden sowohl die Oxide, als auch wasserlösliche Vorläufer der Lanthanoide verwendet. Von den zwölf verwendet Lanthanoiden wiesen vier (Sm, Eu, Tb, Dy) im Falle der wasserlöslichen Edukte und zwei (Eu, Dy) im Falle der Oxide Fluoreszenz auf. Auch hier wurden meist für geringere Dotierungsgrade höhere Lumineszenzintensitäten erzielt. Eine Codotierung mit Europium und Terbium wurde ebenfalls durchgeführt. Die ZrO2:Eu-NP wurden außerdem erfolgreichen mit einer SiO2-Schale aus APTS und TEOS versehen. Die freien Aminogruppen des APTS konnten mit Carbonsäurederivaten funktionalisiert werden.