Colloidosome: Nanopartikel-assemblierte Mikrokapseln mit selektiver Permeabilität

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Michael Maas
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 230456922

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erzeugung stabiler Colloidosome mit selektiver Permeabilität für die kontrollierte Molekülfreisetzung. Colloidosome sind Mikrokapseln, welche aus einer Nanopartikel-Hülle bestehen. Die Vorteile von Colloidosomen gegenüber anderen Mikrokapseln (z.B. auf Polymerbasis) sind ihre leicht einstellbare Porosität sowie das vielversprechende Potential, mit unterschiedlichsten Nanopartikeln Kapseln herstellen zu können. Die in dem Projekt hergestellten Colloidosome werden mit verschiedenen Molekülen beladen, die beispielhaft für unterschiedliche Stoffklassen (z.B. Standardproteine, Antikörper und kleine Moleküle) stehen. Im Anschluss wird die Freisetzung der Moleküle aus den Colloidosomen untersucht. Somit setzt sich das Projekt aus drei Teilen zusammen: Der erste Teil des Projekts befasst sich mit der Herstellung der Colloidosome. Die Herstellung erfolgt auf der Basis spezifischer Wechselwirkungen von Nanopartikeln und Lipiden bei der Bildung von Dünnfilmen an den Oberflächen von Emulsionströpfchen. Hier liegt ein besonderes Augenmerk auf der grenzflächenscherrheologischen Charakterisierung der Wechselwirkungen der Partikel mit den eingesetzten Lipiden. Durch ein besseres Verständnis der Bildung der Multikomponenten-Filme in Emulsionen sowie an ebenen Grenzflächen soll die Herstellung stabiler Mikrokapseln ohne Zuhilfenahme weiterer Substanzen, wie z.B. Polymeren, erreicht werden. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse sollen Design-Regeln gefunden werden, mit denen stabile Colloidosome aus einer Bibliothek von Nanopartikeln und Lipiden hergestellt werden können. Im zweiten Projektteil werden Moleküle in die Colloidosome eingelagert. Moleküle können während der Colloidosomherstellung eingelagert werden. Da die Moleküle schon während der Kapselbildung präsent sind, muss der Einfluss der Moleküle auf Dünnfilmbildung, Emulsionsstabilität und alle weiteren Aspekte der Herstellung der Colloidosome untersucht werden. Auch hier wird die Grenzflächenscherrheologie als wichtigste Charakterisierungsmethode eingesetzt. Wie in eigenen Vorarbeiten gezeigt werden konnte, lässt sich das Beladen der Kapseln mit Molekülen nicht separat von der Kapselbildung verstehen und muss somit als Ganzes erforscht werden. Im dritten Teil des Projekts wird die Freisetzung der Moleküle aus den Colloidosomen untersucht. Die Freisetzungsgeschwindigkeit ist ein wichtiges Merkmal der Colloidosome und beruht auf den Wechselwirkungen der einzelnen Komponenten untereinander sowie auf der Porengröße. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Freisetzung werden somit direkt im Zusammenhang mit den in den beiden vorangehenden Projektteilen etablierten Design-Regeln evaluiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Kurosch Rezwan