title: Hybride Goldnanopartikel für nanomedizinische Anwendungen
title: Hybrid Gold Nanoparticles for Nanomedical Applications
Creators: name: Hühn, Jonas
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: Nanomedizin
Physics
Physik
Nanopartikel

description: Die vorliegende Dissertation
      konzentriert sich auf die Synthese unterschiedlich großer
      Goldnanopartikel (Au NPs), deren Phasenübergang in wässrige
      Lösungen, sowie Charakterisierung und Funktionalisierung für
      moderne nanomedizinische Anwendungen. Da dies eine kumulativ
      geschriebene Dissertation ist, wurden und werden die
      vorgestellten Ergebnisse in anderer Form veröffentlicht. Die
      Kernziele und experimentellen Schwerpunkte, die zur
      Bearbeitung der Dissertation beigetragen haben, sind in
      hinreichender Form beschrieben. Die Synthese von Au NPs wird
      über zwei verschiedene Reduktionsmethoden beschrieben, welche
      zu unterschiedlich großen Nanokristallen führen. Bei
      kleineren NPs, von etwa 4 nm Kerndurchmesser, werden
      Au3+-Ionen durch Zugabe von Natriumborhydrid reduziert.
      Größere NPs mit etwa 18.5 nm Kerndurchmesser werden durch
      Reduktion von Au3+-Ionen mit Zitronensäure dargestellt. In
      beiden Fällen müssen Moleküle vorhanden sein, welche den NPs
      ihre kolloidale Stabilität verleihen und so zu einer erhöhten
      interpartikulären Abstoßung führen. Solche Liganden müssen
      gegebenenfalls während eines Phasenübergangs ersetzt werden,
      um die Wasserlöslichkeit der NPs zu gewährleisten. Zusätzlich
      dienen sie in vielen Fällen als Ankerpunkt für funktionelle
      Modifikationen der Nanopartikeloberfläche und müssen daher
      kritisch, hinsichtlich ihrer beabsichtigten Anwendung gewählt
      werden. Nach der Synthese muss die intrinsische Stabilität
      der Au NPs gegenüber erhöhter Ionenstärke einer Lösung
      überprüft werden, um sicherzustellen, dass die NPs für
      zusätzliche Funktionalisierungsreaktionen geeignet sind und
      auch in physiologischen Medien stabil sind. Nach sorgfältiger
      Untersuchung und Analyse hat ein vielversprechendes
      Hybrid-NP-System aus Au NPs und einer amphiphilen
      Polymerbeschichtung die anspruchsvollen Kriterien, die für
      die Funktionalisierung und in vitro-Untersuchungen
      erforderlich sind, nicht vollständig erfüllt. Änderungen an
      17.8 nm Au NPs mit Polyethylenglykol (PEG) als Polymerschicht
      erlaubten die Wasserlöslichkeit von NPs, eine adäquate
      kolloidale Stabilität und eine gezielte Funktionalisierung.
      Die Funktionalisierung besteht darin, In3+-Ionen als Marker
      in die Polymerschicht einzubringen welche die Au NPs umhüllt.
      Zusätzlich wird eine Proteinkorona aus Rinderserumalbumin
      (eng.: bovin serum albumin (BSA)) an die Partikeloberfläche
      adsorbiert, welche mittels Iodatome markiert wird. Mit den Au
      NPs, der markierten Polymerhülle und Proteinkorona wird ein
      dreifach markiertes System geschaffen, dessen Zersetzung
      innerhalb von Säugetierzellen mittels Massenspektrometrie mit
      induktiv gekoppeltem Plasma (eng.: inductively coupled plasma
      mass spectrometry (ICP-MS)) analysiert werden kann.
      Zusammengefasst wurde ein dreifach markiertes System aus Au
      NPs, Polymerhülle und Proteinkorona dargestellt dessen in
      vitro-Zersetzung untersucht werden kann und mit radioaktiven
      Markern ausgestattet, in Zukunft komplexere
      Zersetzungsexperimente an Tieren ermöglicht.
description: The present dissertation focuses on
      the synthesis of different sized gold nanoparticles (Au NPs),
      their phase transfer to aqueous solution, their
      characterization and functionalization for applications in
      modern nanomedicine. As this is a cumulative written
      dissertation the presented achievements were already
      published or are about to be published. However, the attempt
      is to describe the main goals and experimental emphases
      contributed during the time of this dissertation. The
      synthesis of Au NPs is described via two different reduction
      methods leading to different sized nanocrystals. For smaller
      NPs of about 4 nm core diameter, Au3+ ions are reduced by the
      addition of sodium borohydride. Bigger NPs with about 18.5 nm
      core diameter are produced by Au3+ reduction using citric
      acid. In both cases molecules need to be present that confer
      colloidal stability and lead to increased interparticle
      repulsion. Such stabilizing ligands may need to be replaced
      during a phase transfer to ensure water soluble NPs. They
      also serve in many cases as anchor point for functional
      modifications of the NP's surface and therefore have to be
      selected critically with regard to their intended
      application. After synthesis the Au NP's intrinsic stability
      needs to be verified against ionic strength, to ensure the
      NPs are suitable for additional functionalization reactions
      and also stable within physiological media. After thoroughly
      examination and analysis a promising hybrid NP system out of
      Au NPs and an amphiphilic polymer coating did not full fill
      the demanding criteria needed for functionalization and in
      vitro investigations. Amendments towards 17.8 nm Au NPs with
      polyethylene glycol (PEG) as polymer layer allowed water
      solubility of NPs, adequate colloidal stabilization and
      feasible targeted functionalization. The functionalization
      basically is to implement In3+ ions as label onto the polymer
      shell around the NP. Additionally a protein corona composed
      of bovine serum albumin (BSA) is adsorbed to the NPs surface
      that undergoes a prelabeling procedure using iodine. With the
      Au NP itself and the labeled polymer shell and protein
      corona, a triple labeled system is created that can be
      analyzed for its degradation within mammalian cell lines
      using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).
      Summarized a triple labeled system of Au NP, polymer shell
      and protein corona was synthesized for in vitro degradation
      testing that can be equipped with radio nuclide tracers that
      allow more complex degradation experiments on animals in
      future.