Partikelstabilisierung und Funktionalisierung

Aufgrund der extrem hohen spezifischen Oberfläche neigen Nanopartikel stark zu Agglomeration. Für viele Anwendungen ist es jedoch essentiell, sie in Form stabiler Dispersionen, die möglichst aus Einzelpartikeln bestehen sollen, bereit zu stellen. Aus diesem Grund ist die Stabilisierung der Nanopartikeln, also die gezielte Modifikation ihrer Oberflächenchemie zur Verhinderung der Agglomeration, ein starker Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe. Hierbei wird insbesondere der Einsatz kleiner organischer Moleküle, sogenannter Liganden, untersucht, da hierbei hoch stabile Dispersionen mit minimalen Mengen des organischen Stabilisators erhalten werden können.

Darüber hinaus ist es aber auch möglich, gezielt Moleküle an die Oberfläche zu binden, um die Eigenschaften der Partikel einzustellen und neuartige Funktionen zu ermöglichen – dies wird als Funktionalisierung bezeichnet. So können beispielsweise auch selektiv Antikörper an Nanopartikel gebunden werden, was an der Arbeitsgruppe im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 578 untersucht wird. Sogar die optischen Eigenschaften von Nanopartikeln können durch eine Funktionalisierung verändert werden, wie in der Abbildung dargestellt ist.

Funktionalisierte TiO2-Nanopartikeln (a) in Pulverform und (b) in Dispersion nach in situ-Funktionalisierung mit Dopamin; (c) in Pulverform und (d) in Dispersion nach in situ-Funktionalisierung mit Glycin. Rechts: schematische Darstellung einer Dopamin-stabilisierten Partikel.

Publikationen:

[1] I.-C. Masthoff, F. David, C. Wittmann, G. Garnweitner, “Functionalization of magnetic nanoparticles with high-binding capacity for affinity separation of therapeutic proteins”, Journal of Nanoparticle Research 2014, 16, Art. No. 2164. Abstract
[2] Grote C, Cheema TA, Garnweitner G. “Comparative study of ligand binding during the postsynthetic stabilization of metal oxide nanoparticles, Langmuir. 2012, 28, 14395-14404. Abstract
[3] C. Grote, K. J. Chiad, D. Vollmer, G. Garnweitner, “Unspecific ligand binding yielding stable colloidal ITO- nanoparticle dispersions”, Chemical Communications 2012, 48, 1464-1466. Abstract.
[4] G. Garnweitner, “Small molecule stabilization: A novel concept for the stabilization of small inorganic nanoparticles”, in: L. Segewicz and M. Petrowsky (Eds.), “Polymer Aging, Stabilizers and Amphiphilic Block Copolymers”, Nova Science Publishers, 2010.
[5] G. Garnweitner, H. O. Ghareeb, C. Grote, “Small-molecule in situ stabilization of TiO2 nanoparticles for the facile preparation of stable colloidal dispersions”, Colloids and Surfaces Part A: Physicochemical and Engineering Aspects 2010, 372, 41-47.
[6] G. Garnweitner, L. M. Goldenberg, O. V. Sakhno, M. Antonietti, M. Niederberger, J. Stumpe, “Large-scale synthesis of organophilic zirconia nanoparticles and their application in organic-inorganic nanocomposites for efficient volume holography”, Small 2007, 3, 1626-1632.

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