Mikrofluidik für maßgeschneiderte Nanopartikel aus Massenfertigung
Mikrofluidik, die Wissenschaft und Technik der Manipulation von Nanoliter bis zu Pikoliter Volumina an Flüssigkeiten in mikrometerkleinen Kanälen, ist ein interdisziplinäres Feld an der Schnittstelle von Ingenieurwissenschaften, Physik, Nano- und Biotechnologie. Dieses schnell wachsende Gebiet verfolgt das Ziel, Herausforderungen im Zusammenhang mit der Manipulierung von kleinen Partikeln im Feinmaßstab anzugehen. Größe und Form, Oberfläche, Selbstorganisation und Reproduzierbarkeit haben bei Nanomaterialien fundamentale Bedeutung. Konventionelle Massen-Chargen-Reaktoren verfügen nur über eine begrenzte Fähigkeit zur reproduzierbaren Herstellung von qualitativ hochwertigen kundenspezifischen Nanopartikeln. Innerhalb des EU-finanzierten Projekts PLATFORM2NANO (Development of a microfluidic platform to produce nanomaterials and assessment on new nanotechnology applications) haben Wissenschaftler einen neuen Weg zur Synthese von Nanopartikeln entwickelt und auf diese Weise den konventionellen chargenweise ablaufenden Prozess in eine großtechnische Fertigungslinie umgewandelt. Das Projektteam, das Versuche mit äußerst vielseitigen Polymer-, Glas- und Edelstahl-Mikroreaktoren anstellte, erzeugte komplexe Nanostrukturen auf Basis von Gold mit klar definierten Formen und Größen. Zuerst wurden Kobaltnanopartikel als Template verwendet und dann durch Goldnanopartikel ersetzt, die zur Bildung einer Hohlstruktur führten. Das Team brachte im Folgenden chemische funktionelle Gruppen an den Goldoberflächen an, um die Biokompatibilität zu verbessern und sie mit ultraviolettem Licht zu sterilisieren. Die Produktionsrate der eingesetzten mikrofluidischen Reaktoren übertraf bei weitem die konventioneller Chargenreaktoren. Die daraus resultierenden maßgeschneiderten hohlen Goldnanopartikel können in der photothermischen Therapie Anwendung finden und die Krebsdiagnose und -behandlung verbessern. Von entscheidender Bedeutung für die Steuerung von deren Form ist, zu einem Verständnis zu gelangen, wie sich auf den Nanokristallen Facetten entwickeln, was wiederum eine Kontrolle der chemischen Eigenschaften der Kristalle ermöglicht. Unter Einsatz gassegmentierter Strömungsreaktoren wandten die Wissenschaftler Strömungsreaktoren auf Grundlage von Gasreaktionen an, welche die Steuerung der Form von Nanokristallen beim Heranwachsen gestatteten. In Anbetracht der wichtigen Rolle von Polymernanopartikeln bei der intelligenten Arzneimittelabgabe gelang dem Team die Herstellung einheitlicher Polymernanopartikel, die auf wirkungsvolle Weise therapeutische Wirkstoffe in das erkrankte Gewebe abgeben können. Bislang stellte die fein abgestimmte Manipulation von Nanopartikeln auf diesem Gebiet eine große Herausforderung dar. Die Mikrofluidik spielt eine Schlüsselrolle in der Nanopartikelsynthese und ermöglicht nun die präzise Kontrolle und Massenproduktion von kleinen Partikeln.
Schlüsselbegriffe
Mikrofluidik, Nanopartikel, Biomedizin, PLATFORM2NANO, photothermische Therapie, Photothermaltherapie
