EPFL - Ecole Polytechnique Fédérale

EPFL: Nanopartikel: Verwendung der Farbe des Lichtes zur Veränderung von Umfang und Form

Lausanne (ots) - Bedeutsame Entdeckung in den Nanowissenschaften

Wissenschaftlern der Eidgenössischen Technischen Hochschule von Lausanne ist es erstmals gelungen, mit der alleinigen Verwendung verschiedener Farbfilter die Dreiecks- und Pyramidenform von Silber- Nanopartikeln exakt zu verändern. Derselbe Prozess ermöglichte auch die Kontrolle über das Wachstum dieser Partikel. Diese Forschungsarbeit bildet Gegenstand eines Artikels in der auf dem Gebiet der Nanowissenschaften führenden Zeitschrift «Nanoletters».

«Mit diesen Ergebnissen haben wir gar nicht gerechnet!» erklärt Andrea Callegari, Doktor der physischen Chemie, den überraschenden Erfolg des Experiments, das in der Gruppe von Professor Majed Chergui zusammen mit Dino Tonti, Doktor, am Institut für Molekularchemie und biologische Chemie durchgeführt wurde. «Wir wollten dreieckige Nanopartikel aus Silber herstellen – Partikel mit einem Umfang von gerade einmal einigen Millionstel Millimeter. Das weisse Licht kann verwendet werden, um aus kleinen kugelförmigen Partikeln grössere Teilchen mit der Form dreieckiger Platten zu machen. Da wir unter Zeitdruck litten, verwendeten wir in aufeinanderfolgenden Experimenten verschiedene Lichtfarben, um deren Wirksamkeit zu prüfen.» Die Erzeugung von Nanopartikeln mit Kugelform und unbestimmter Grösse ist einfach. Dagegen war es bis zur Erzielung der Ergebnisse dieses Experiments nicht möglich gewesen, nichtkugelförmige Partikel zu erhalten und ihren Umfang zu kontrollieren. Andrea Callegari fährt weiter: «Das Team bemerkte rasch, dass das Licht auch einen Einfluss auf den Umfang dieser Partikel ausübte.» Das neue Verfahren bildet darüber hinaus eine Methode, die im Gegensatz zur klassischen Methode eine präzisere und reinere «Fabrikation» von Nanopartikeln ermöglicht. Mit der klassischen Methode werden die Partikel in eine Flüssigkeit getaucht, der verschiedene chemische Erzeugnisse beigefügt werden müssen. Mit der im Experiment angewendeten photochemischen Methode kann das Experiment angehalten werden, sobald die gewünschte Form und Grösse erreicht sind, und es müssen weniger chemische Produkte verwendet werden. Das Experiment wurde im Rahmen eines vom National Centre of Competence in Research (NCCR) finanzierten Projekts durchgeführt.

Rotes oder blaues Licht   Das Experiment wurde mit kugelförmigen Nanopartikeln aus Silber von 5-10 Nanometern (nm) in Wasserlösung durchgeführt. Die Wissenschaftler beobachteten, dass die Beleuchtung dieser Wasserlösung mit Licht im roten Bereich während rund acht Stunden dazu führte, dass Nanopartikel mit der Form von Dreiecksplättchen von 50-100nm entstanden. Mit einer Farbabstufung (von hellorange zu dunkelrot) konnte der Umfang der Partikel exakt beeinflusst werden. Der Blaubereich ermöglichte die Erzeugung kleinerer Partikel von bis zu 20nm und verlieh ihnen eine Pyramidenform. Bis anhin wurde der Einfluss der Lichtfarbe auf Form und Umfang der erhaltenen Partikel in den theoretischen Modellen der «Fabrikation» von Nanopartikeln nicht erwähnt. Mit dem Beitrag der Wissenschaftler der ETHL wird die bestehende Theorie nicht in Zweifel gezogen; vielmehr legt ihre Entdeckung nahe, dass sich die Farbe des Lichtes, d.h. seine Wellenlänge, auf die Art und Weise auswirkt, in der sich die Partikel untereinander organisieren, um grössere und anders geformte Teilchen zu bilden.

Markierung von Proteinen Die Grösse und Form der Nanopartikel ihrerseits bestimmen eine eigene, sehr präzise Farbe. Die Möglichkeit der exakten Kontrolle von Umfang, Form und Farbe dieser Partikel erweitert deren Anwendungsbereich. In der biomedizinischen Bildherstellung beispielsweise könnten die Wissenschaftler eine Proteinart – nennen wir sie «A» – mit einem genau umrissenen Nanopartikeltyp – z.B. rot – markieren und sie in den menschlichen Körper einführen, um die «B»- Proteine zu erforschen, an die sie sich gewöhnlich anschliessen. Danach kann der Standort der «A»-Proteine im Körper bestimmt werden, wodurch die Forscher feststellen könnten, wo und in welcher Menge sich die «B»-Proteine befinden. Zu diesem Zweck könnten die Wissenschaftler das von den verwendeten Nanopartikeln reflektierte Licht ausstrahlen. Dank dieser «Tätowierung» und dank der Durchlässigkeit der biologischen Gewebe für verschiedene Farben könnte die An- oder Abwesenheit von Proteinen beobachtet werden.

Zusätzliche Informationen: Andrea Callegari, für Molekularchemie und biologische Chemie, 1. Assistent, 021 693 04 56 Majed Chergui, Professor für Chemie und Physik, Institut für Molekularchemie und biologische Chemie, 021 693 04 57 Artikel in der Zeitschrift «Nanoletters»: Photochemically grown silver nanoparticles with wavelength-controlled size and shape», A. Callegari, D. Tonti, and M. Chergui, Nanoletters, Vol. 3, No. 11.



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