Selektive Erkennung durch Nanopartikel-geprägte Dünnschichten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Projekt beschäftigte sich mit Nanopartikel-geprägten Matrizen (NAIM – nanoparticleimprinted matrix) für die selektive Erkennung von Nanopartikeln. NAIM-Systeme werden erhalten, indem Templatnanopartikeln an eine Oberfläche, z.B. eine Elektrode, gebunden werden und anschließend ein dünner Film mit definierte Schichtdicke abgeschieden wird. Die Schichtdicke sollte etwa dem Radius der Templatnanopartikel entsprechen. Nach der Entfernung der Templatnanopartikel verbleiben in dem Film offene Kavitäten, die in der Lage sind Analytnanopartikel aufzunehmen, deren Größe und chemische Identität der Ligandenhülle der der verwendeten Templatnanopartikel entspricht. Solche NAIM-Materialien können prinzipiell als Erkennungselemente in Sensoren eingesetzt werden oder als Beschichtungen für stationäre Phasen verwendet werden, mit denen Nanopartikel in einem chromatographischen Prozess aufgetrennt werden. In diesem Kontext zielet das Projekt darauf, die Selektivität der NAIM-Systeme einzustellen. Die Selektivität hängt von der Größe der Nanopartikel und den molekularen Wechselwirkungen zwischen den funktionellen Gruppen in den Kavitäten des NAIM-Systems und der Ligandenhülle der Nanopartikel ab. Die Art der Ligandenhülle ist ein wichtiger Parameter für die toxikologische Beurteilung von Nanopartikeln, weil sie neben der Größe bestimmt, wie gut Nanopartikel Zellmembranen und andere Grenzflächen in lebenden Organismen passieren können. Wir haben einen Ansatz verfolt, in dem das Kernmaterial der Templatnanopartikel und der Analytnanopartikel unterschiedlich ist, was den Einsatz unterschiedlicher Methoden zur Entfernung der Templatnanopartikel und zur Detektion der Analytnanopartikel ermöglicht. Speziell die elektrochemische Auflösung wurde für den Detektionsschritt ausgewählt, weil diese Methode eine Unterscheidung zwischen Nanopartikel in den Kavitäten und Nanopartikeln außerhalb der Kavitäten ermöglicht. Wir könnten zeigen, das NAIM-Systeme, die aus Polyplumbagin aufgebaut und mit carboxylatterminierten SiO2-Nanopartikeln geprägt wurden, durch konjugierte Addition von substituierten Thiolen in ihrer Selektivität an die Analytnanopartikel mit unterschiedlichen Ligandenhüllen angepasst werden können. Der Aufnahmeprozess der Nanopartikel hängt außerdem von der Zusammensetzung der Nanopartikellösung, z.B. dem pH, ab, weil dieser dien Protonierungszustand der funktionellen Gruppen und damit die möglichen elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen der Matrix und den Nanopartikeln beeinflusst. Andere Kombinationen von Matrix-Systemen, Templat- und Analytnanopartikeln wurden untersucht, zeigten aber keine verbesserten Eigenschaften. Einige der wiederholt zu konstantierenden Probleme stellen lange Anreicherungszeiten für die Aufnahme der Analytnanopartikel und eine Änderung der Filmmorphologie beim Entfernen der Templatnanopartikel dar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Covalent Modification of Nanoparticle‐Imprinted Matrices for Selective Nanoparticle Recognition. ChemElectroChem, 10(14).
Samuel, Sweety Ann & Wittstock, Gunther
