Partikuläre Systeme

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Nanopartikel – NANOCYTES®

In der Nanobiotechnologie kommt den »biofunktionalen«, das heißt mit biologisch aktiven Molekülen ausgestatteten Oberflächen eine ganz besondere Bedeutung zu: Als »Haut« eines Materials, Instruments oder Geräts üben sie in Kontakt mit biologischen Umgebungen eine Funktion aus. Sie fischen bestimmte Moleküle aus der Umgebung, empfangen Signale oder stimulieren eine Reaktion. Nano- und Mikropartikel mit einem Durchmesser von 30 Nanometern bis mehrere 100 Mikrometer werden am Fraunhofer IGB aus organischen und anorganischen Materialien nach der NANOCYTES®-Technologie hergestellt. Die Partikelkerne können aus beständigen oder abbaubaren Stoffen bestehen. Sie werden Farbstoffmolekülen, Wirkstoffen oder Biomolekülen beladen. Molekular geprägte Nanopartikel ermöglichen neue Lösungen in der Trenntechnik und um verunreinigende Stoffe aus der Umwelt zu entfernen.

Forschungsthemen

kerm-schale-partikel 
NANOCYTES® enthalten funktionale Kerne, Schalen und Oberflächen.

Kern-Schale-Partikel

Kern-Schale-Partikel vereinen Funktionalitäten des Partikelkerns mit der der Partikeloberfläche. Die Partikelkerne können aus beständigen oder degradierbaren Stoffen bestehen.

Besonderes Augenmerk liegt auf der Gestaltung der Oberfläche, beispielsweise durch Anbindung biologischer Moleküle. Aber auch die Kerne können mit zusätzlichen Funktionen versehen werden, z. B. durch Farbstoffbeladung oder Wirkstoffbeladung für Anwendungen zur gezielten Wirkstofffreisetzung (Drug Release). In diesem Zusammenhang wurden am Fraunhofer IGB biologisch-synthetische Hybridpartikel – zellmimetische, sprich Zellen nachahmende NANOCYTES® entwickelt: Sie simulieren  Zelloberflächen, indem auf ihrer Oberfläche Membranproteine so gebunden werden, dass ihre biologischen Eigenschaften voll erhalten bleiben.

Funktionale Partikelkerne

Anorganisch – organische abbaubare Kerne – organische Surfmerpartikel – spezifische Adsorber – molekular geprägte Polymere

Funktionale Oberflächen

Organische funktionelle Gruppen – Aktivester – Click-Chemie – Biofunktionalisierung

Anwendungen

Drug Delivery und Drug Targeting

Microarrays / Biochips

Synthetische Rezeptoren

Wissenswertes

NANOCYTES® – Zellanaloge Kern-Schale-Partikel

Sol-Gel-Hydrolyse

Partikel mittels Sprühverfahren

Partikel mittels Polymerisationsverfahren

Immobilisierung von Biomolekülen

Projekte

ENZYCOAT II
Enzymimmobilisierung für intelligente Verpackungsmaterialien

WaterMIM
Synthetische Adsorber zur Entfernung von Umweltschadstoffen

TNF-NANOCYTES®
Zytokinfunktionalisierte Nanopartikel für die Krebstherapie

C-VIS
Interaktive Tumorerkennung mithilfe von Nanopartikeln

Leistungen

Im Auftrag oder in Forschungskooperationen stellen wir unseren Kunden maßgeschneiderte NANOCYTES® mit individuellen Funktionalisierungen zur Verfügung. Diese modular aufgebauten Kern-Schale-Partikel sind – wie ein sehr variables Baukastensystem – für verschiedenste Anwendungen in Forschung, Diagnostik und zukünftiger Therapie geeignet.

  • Durchführung von Machbarkeitsstudien
  • Organische und anorganische Partikelsysteme
  • Formulierungen von Wirkstoff-Matrixsystemen
  • Formulierung von Spezialtinten für den Ink-Jet-Druck
  • Entwicklung biokompatibler Partikel
  • Entwicklung bioabbaubarer Partikel
  • Wirkstoffbeladung von Partikeln
  • Oberflächenbeschichtung von Mikro- und Nanopartikeln
  • Herstellung von Nanopartikeln mit reaktiver Aktivester-Oberfläche
  • Entwicklung und Synthese molekular geprägter Nanopartikel
  • Entwicklung von Hybridmaterialien
  • Konjugation von Biomolekülen
  • Bioanalytik und Analytik

 

Ausstattung

Bio- und Polymeranalytik

  • MALDI-TOF/TOF-Massenspektrometer (Bruker Ultraflex II)
  • Thermogravimetrische Analyse (TGA) und Dynamische
  • Differenzkalorimetrie (DSC)
  • Simultane Thermoanalyse (STA)
  • Gelpermeationschromatographie (GPC) mit 4 Detektoren

Partikelanalytik

  • Mikroelektrophorese (Zetapotential)
  • Dynamische Lichtstreuung (DLS, Nanosizer, Messbereich: 0,1 nm bis 10 μm)
  • Statische Lichtstreuung (SLS, Mastersizer, Messbereich: 50 nm bis 2 mm)

Oberflächenbeschaffenheit und -morphologie

  • Ellipsometrie
  • Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (REM),
  • Rasterkraftmikroskopie (AFM)
  • Photoelektronenspektroskopie (ESCA)