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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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