title: Oberflächenmodifizierung und Funktionalisierung von kolloidalen Nanopartikeln
title: Surface Modification and Functionalization of Colloidal Nanoparticles
title: Surface Modification and Functionalization of Colloidal Nanoparticles
Creators: name: Ali, Zulqurnain
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: Surface modification
Nanoparticle
Nanoparticles
Physik
Imaging probes

description: The principle focus of this
      dissertation is the synthesis of multifunctional
      nanoparticles, their surface modification and
      functionalization for biological applications. Colloidal
      nanoparticles possess unique size dependent physical and
      chemical properties that can be controlled in a manner that
      is not possible in bulk size materials. Multi modal molecular
      imaging is the synergistic combination of two or more
      detection techniques, enabled by multi modal probes and
      imaging agents and ensures enhanced visualization of
      biological materials. Some prototypical probes based on
      multimodal nanoparticles have been developed. Colloidal
      nanoparticles composed of an inorganic corematerial and a
      polymer shell have been synthesized. Both, the core and the
      polymer shell can be fluorescent, magnetic, or radioactive
      for appropriate imaging / detection. The polymer contains
      carboxylic groups that stabilize the particles by
      electrostatic repulsion and moreover provide anchor groups
      for further chemical functionalization. Hydrophobic
      nanoparticles (CdSe/ZnS, Fe2O3 or Gold-198) have been
      transferred to an aqueous phase by means of modified polymers
      (with Gadolinium, Organic fluorophores or Indium-111). For
      the study of sensors based on nanoparticles, a FRET geometry
      has been introduced, in which the organic dye (ATTO-590) as
      an acceptor is directly incorporated into the polymer shell
      used to provide colloidal stability for the CdSe/ZnS quantum
      dot donor. For the detection of protons,gold nanoparticles
      coated with negatively or positively charged polymers have
      been modified with an ion sensitive dye (SNARF). It has been
      demonstrated that sensor read-out should be thus not
      determined by the bulk ion concentration, but by the local
      ion concentration in the “nano”- environment of the
      nanoparticles surface. In a collaborative work it was
      moreover demonstrated that nanoparticles cores combined with
      the polymer shells are responsible for the induction of
      proinflammatory effects and not the shells alone. It is
      concluded that the uptake behavior and the proinflammatory
      response upon particle exposure are dependent on the time,
      cell type, and cell culture. In addition gold nanoparticles
      with and without PEG modification have been investigated in
      “rainbow trout gill” cell line RTGill-W and it was observed
      that the PEG modified goldnanoparticles were found to be less
      toxic to the alga compared to the non PEG modified
      particles.
description: Den Schwerpunkt dieser Dissertation
      stellt die Synthese multifunktionaler Nanopartikel, sowie
      deren Oberflächen-Modifikation und –Funktionalisierung für
      biologische Anwendungen dar. Kolloidale Nanopartikel haben
      gemeinsame, größenabhängige physikalische und chemische
      Eigenschaften inne, die in einer Weise kontrollierbar sind,
      wie es für makroskopische Festkörper nicht möglich ist.
      Multimodale, molekulare Bildgebung ist die synergetische
      Kombination aus zwei oder mehr Detektionstechniken,
      ermöglicht durch multimodale Objekte und Bildgebungsverfahren
      und gewährleistet eine verbesserte Visualisierung
      biologischer Materialien. Einige Prototypen, die auf
      multimodalen Nanopartikeln basieren, sind entwickelt worden.
      Kolloidale Nanopartikel,aufgebaut aus einem anorganischen
      Kern und einer Polymerhülle wurden synthetisiert. Sowohl der
      Kern als auch die Polymerhülle können je nach Zweckmäßigkeit
      für die Bildgebung/Detektion fluoreszent, magnetisch oder
      radioaktiv sein. Das Polymer enthält Carboxygruppen, die die
      Partikel durch elektrostatische Repulsion stabilisieren und
      darüber hinaus als Bindungsstellen für weitere chemische
      Funktionalisierungen zur Verfügung stehen. Hydrophobe
      Nanopartikel (CdSe/ZnS, Fe2O3 oder Gold-198) wurden anhand
      unterschiedlich modifizierter Polymere (mit Gadolinium,
      organischen Fluorophoren oder Indium-111) in eine wässrige
      Phase überführt. Zur Untersuchung nanopartikel-basierter
      Sensoren wurde eine FRET-Struktur eingeführt, in der ein
      organischer Farbstoff (ATTO-590) als Akzeptor direkt in die
      Polymerhülle eingebettet wurde, die die kolloidale Stabilität
      der als Donor fungierenden CdSe/ZnS Quantenpunkte generierte.
      Zur Detektion von Protonen wurden sowohl negativ als auch
      positiv geladene Goldnanopartikel mit einem ionensensitiven
      Farbstoff (SNARF) modifiziert. Es wurde außerdem
      demonstriert, dass das Sensor-Signal nicht durch die reale
      Konzentration, sondern die lokale Konzentration, in der
      „nano“-Umgebung der Partikeloberfläche generiert wird.
      Darüber hinaus wurde in einer kollaborativen Arbeit
      demonstriert, dass Nanopartikel-Kerne kombiniert mit
      Polymerhüllen für die Induktion von Zellschädigungen
      verantwortlich sind, nicht jedoch die Hüllen allein. Es wurde
      festgestellt, dass das Aufnahmeverhalten und die zellulär
      unfreundlichen Effekte von der Dauer der Aussetzung, vom
      Zelltyp und der Zellkultur abhängen. Außerdem wurden
      Goldnanopartikel mit und ohne PEG-Modifizierung in der
      „rainbow trout gill“ Zelllinie RTGill-W untersucht, wobei
      Goldnanopartikel mit PEG-Modifizierung eine geringere
      Toxizität auf die Alge als nicht PEG-modifizierte Partikel
      zeigten.