Herstellung und Charakterisierung von Nanopartikeln definierter Form und Größe

Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten in der AG Kolloidchemie konzentriert sich auf die Bildung und Stabilisierung von Nanopartikeln definierter Form und Größe in unterschiedlichen Lösungsmitteln und Templatphasen unter Verwendung von Polyelektrolyten.

Goldnanopartikelbildung in wässriger Lösung

Polykationen [31, 37], Polyanionen [28] und Polyampholyte [34] können als Reduktions- und Stabilisierungsagens bei der Herstellung von Goldnanopartikeln definierter Form und Größe eingesetzt werden. Die resultierenden Goldnanopartikel sind elektrosterisch stabilisiert und können bei der Verwendung von zuckermodifizierten Polyethyleniminen (PEI) [44] auf Partikelgrößen kleiner 4 nm eingestellt werden.

Goldnanopartikelbildung in ionischen Flüssigkeiten

In Analogie zum wässrigen System kann die Goldnanopartikelbildung in Gegenwart von PEI auch in ionischen Flüssigkeiten durchgeführt werden [45]. Die entstehenden Goldnanopartikel mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 5 und 7nm können in Chloroform redispergiert und über eine kovalente Bindungsknüpfung in Elektroden eingebaut werden [45].

Mikroemulsionen

Wasser-in-Öl Mikroemulsionströpfchen können als Nanoreaktorraum für die Partikelbildung genutzt werden. Wie bereits unter Punkt II aufgeführt können Polyelektrolyte in die Wassertröpfchen eingebracht werden, ohne dass makroskopisch Phasentrennung einsetzt. Die polyelektrolyt-modifizierten Mikroemulsionen können als Templatphase direkt für die Nanopartikelbildung eingesetzt werden [18,27,29,31,34-36,38-42].
Dabei können die Polyelektrolyte als Reduktionsmittel bei der Goldnanopartikelbildung [31,34,38] oder aber als Stabilisierungsagens bei der CdS [30,40,42],BaSO₄ [18,27,29,39,41], Magnetit [35] und Zinksulfidherstellung agieren [36]. Die Polyelektrolyte sind bei der Redispergierung der Nanopartikel nach der vollständigen Entfernung der Lösungsmittel von besonderer Bedeutung und verhindern eine Aggregation der einzelnen Nanopartikel.

Vesikelphasen

Die Goldnanopartikelbildung kann auch direkt an der Oberfläche von gemischten Phospholipidvesikeln stattfinden, wobei neben spherischen Goldpartikeln auch Dreiecke und Stäbchen entstehen [33]. In Gegenwart von zuckermodifiziertem PEI entstehen bevorzugt Stäbchen und Dreiecke, was insbesondere auf das Polykation zurückzuführen ist [43]. Die Nanopartikelbildung direkt in der Bilayer-Phase führt dagegen zur verstärkten Ausbildung von Stäbchen [32]. Neueste Arbeiten (DFG-Projekt KO 1387/14-1) zeigen, dass in Gegenwart von Polyampholyten (PalPhBisCarb) der Anteil an Nanodreiecken optimiert werden kann und deren Abtrennung gelingt [46].

TEM-Aufnahme von anisotropen Goldnanopartikeln, hergestellt in Gegenwart von PalPhBisCarb

Hydrogele

Polyelektrolyt-modifizierte Nanopartikel können auch in Hydrogele eingebracht bzw. direkt im Hydrogel gebildet werden [47].

Kooperation

• Prof. M. Gradzielski (TU Berlin)
• Dr. D. Appelhans (Leibniz Institut, Dresden)
• Prof. S. Kudaibergenov (Kazakh National Technical University, Almaty)

Ausgewählte Publikationen: