Goldige Stäbchen

Nanopartikel aus Gold sind für eine ganze Reihe von biomedizinischen Anwendungen in der Diskussion, wie der Tumortherapie. Ein deutsch-amerikanisches Forscherteam von der Carnegie Mellon University in Pittsburgh, dem Hunter College in New York und der RWTH Aachen hat nun eine neue Herstellungsmethode für nanoskopische Goldstäbchen entwickelt.

Anders als herkömmliche Verfahren kommen sie dabei ohne den Einsatz zytotoxischer Additive aus. Wie die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, läuft die Synthese nicht in Wasser, sondern in einer ionischen Flüssigkeit, einem „flüssigen Salz“, ab.

Krebszellen sind vergleichsweise temperaturempfindlich. Dies wird therapeutisch genutzt, indem Körperpartien von Krebspatienten örtlich erwärmt werden. Eine vielversprechende Methode könnte die photoinduzierte Hyperthermie sein, bei der Lichtenergie in Wärme umgewandelt wird. Gold-Nanopartikel absorbieren sehr stark Licht im nahen Infrarot, ein Spektralbereich, der von Gewebe kaum absorbiert wird. Die absorbierte Lichtenergie versetzt die Goldteilchen in Schwingungen und wird als Wärme an die Umgebung abgegeben. Die winzigen Goldteilchen könnten so funktionalisiert werden, dass sie spezifisch an Tumorzellen binden. So werden nur Zellen abgetötet, die Goldstäbchen enthalten.

Das Problem: Gewöhnliche sphärische Goldpartikel wandeln die Lichtenergie nicht effektiv genug in Wärme um, das können nur stäbchenförmige Goldteilchen. Unglücklicherweise sind die Hilfsstoffe, die man braucht, um die Stäbchenform aus wässriger Lösung zu kristallisieren, zytotoxisch.

Das Team um Michael R. Bockstaller verfolgt jetzt eine neue Strategie: Statt einer wässrigen Lösung wählten sie eine ionische Flüssigkeit als Kristallisationsmedium. Es handelt sich dabei um „flüssige Salze“, organische Verbindungen, die als entgegengesetzt geladene Ionen, aber als Flüssigkeit vorliegen. Den Forschern gelang es auf diese Weise, Goldnanostäbchen herzustellen, ganz ohne den Einsatz zytotoxischer Additive.

Im ersten Schritt werden Kristallisationskeime hergestellt – in Form winziger sphärischer Goldpartikel. Diese Keime werden zu einer „sekundären Wachstumslösung“ gegeben, die einwertige Goldionen, Silberionen und das schwache Reduktionsmittel Ascorbinsäure enthält. Lösungsmittel ist eine imidazoliumbasierte ionischen Flüssigkeit. Hier wachsen die Kristalle nicht mehr kugelförmig weiter, sondern es entstehten längliche Stäbchen mit den runden Kristallisationskeimen als „Köpfen“.

Der mutmaßliche Mechanismus nutzt die verschiedenen, energetisch nicht gleichwertigen Flächen des Kristallgitters: Die aromatischen stickstoffhaltigen Fünfringe der ionischen Flüssigkeit lagern sich bevorzugt an die hochenergetischen kristallographischen Ebenen von Gold-Oberflächen an. Sie stabilisieren damit Kristallformen, die eine geringere Zahl an niederenergetischen Flächen aufweisen als die normale sphärische Gleichgewichtsform. Lange Stäbchen entstehen.

Autor: Michael R. Bockstaller, Carnegie Mellon University, Pittsburgh (USA), http://neon.mems.cmu.edu/people/bockstaller.htm

Angewandte Chemie 2008, 120, No. 40, doi: 10.1002/ange.200802185

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