Referenzmaterial für die Nanotoxikologie

Voraussetzung für die Untersuchung und Bewertung toxischer Effekte von Nanomaterialien ist deren umfassende Charakterisierung. Die Zuverlässigkeit der Ergebnisse basiert u.a. auf geeigneten Referenzmaterialien. 

Inhalt dieses Projekts ist die Entwicklung eines nanopartikulären Referenzmaterials auf Silica-Basis, das u.a. für nanotoxikologische Untersuchungen zur Verfügung gestellt werden soll.

Ziele

• Präparation sphärischer SiO₂ Nanopartikel mit monodisperser Größenverteilung
• Syntheseverfahren zur Herstellung kontrollierter Partikelgrößen
• Variation der Eigenschaften durch Oberflächenmodifikation
• Verhinderung der Agglomeration in biologischen Medien
• Simulation realistischer toxikologischer Szenarien (in vitro, Grenzfläche Luft-Flüssigkeit)
• Interaktion einzelner Nanopartikel mit lebenden Zellen

Methoden

• Chemische Synthese (Sol-Gel-Verfahren, Funktionalisierung)
• Partikelgrößenkontrolle nach der Synthese: TEM, SAXS, SMPS, DLS
• Partikelgrößenkontrolle während toxikologischer Tests: DLS, Fluoreszenzmikroskopie
• Toxikologische Tests: XTT u.a.

Ergebnisse

• Sphärische Nanopartikel erzeugt, Durchmesser 9, 15, 27,52, 84, 220 nm
• Geringe Polydispersität ≤10% nachgewiesen
• Stabile Dispersion in Wasser und Zellkulturmedium (DMEM)
• Agglomeration nach Zugabe von Proteinen, z.B. BSA
• Erste in-vitro Versuche mit lebenden Zellen durchgeführt

Ausblick

• Prüfung der Effektivität von adsorbierten und gebundenen funktionellen Gruppen in Zellkulturmedien
• Synthese fluoreszierender SiO₂ Nanopartikel

Veröffentlichungen

G. Orts-Gil, K. Natte, R. Thiermann, M. Girod, S. Rades, H. Kalbe, A. F. Thünemann, M. Maskos, W. Österle, On the role of surface composition and curvature on biointerface formation and colloidal stability of nanoparticles in a protein-rich model system, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (2013). DOI: 10.1016/j.colsurfb.2013.02.027

K. Natte, J. F. Friedrich, S. Wohlrab, J. Lutzki, R. von Klitzing, W. Österle, G. Orts-Gil, Impact of polymer shell on the formation and time evolution of nanoparticle–protein corona, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 104, 213-220 (2013). DOI: 10.1016/j.colsurfb.2012.11.019

K. Natte , W. Österle , J. F. Friedrich , R. von Klitzing , G. Orts-Gil, Tuning interfacial properties and colloidal behavior of hybrid nanoparticles by controlling the polymer precursor, Macromol. Chem. Phys. 213, 2412-2419 (2012). DOI: 10.1002/macp.201200148

K. Natte, T. Behnke, G. Orts-Gil, C. Würth, J. F. Friedrich, W. Österle, U. Resch-Genger, Synthesis and characterisation of highly fluorescent core–shell nanoparticles based on Alexa dyes, J. Nanopart. Res. (2012) 14:680. DOI: 10.1007/s11051-011-0680-9

D. Drescher, G. Orts-Gil, G. Laube, K. Natte, R. W. Veh, W. Österle, J. Kneipp, Toxicity of amorphous silica nanoparticles on eukaryotic cell model is determined by particle agglomeration and serum protein adsorption effects, Anal. Bioanal. Chem. 400, 1367-1373 (2011). DOI: 10.1007/s00216-011-4893-7

G. Orts-Gil, K. Natte, D. Drescher, H. Bresch, A. Mantion, J. Kneipp, W. Österle, Characterisation of silica nanoparticles prior to in vitro studies: from primary particles to agglomerates, J. Nanopart. Res. 13, 1593-1604 (2011). DOI: 10.1007/s11051-010-9910-9

Projektteam BAM

Prof. Dr. J. Kneipp, D. Drescher
Zellkulturversuche

Dr. U. Resch-Genger, T. Behnke
Fluoreszenzmikroskopie
Fachbereich 1.10

Dr. H.-J. Kunte, V. Eckey
Bakteriologische Versuche
Fachbereich 4.1, Mikrobiologie und Referenzorganismen

Dr. H. Bresch, M. Deutscher
Aerosol-Messung
Fachbereich 4.2, Charakterisierung von Partikeln und Aerosolen

Dr. G. Orts-Gil
Nanocharakterisierung
Fachbereich 5.1, Nanocharakterisierung von Werkstoffen

Prof. Dr. J. Friedrich, K. Natte
Synthese 
Fachbereich 6.10

Rahmendaten

Das Projekt wurde durchgeführt im Rahmen der BAM-Innovationsoffensive. Projektlaufzeit: 11/2008 – 04/2011

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