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Entwicklung von Standardprotokollen für das Dispergieren und die Charakterisierung von Nanopartikeln (NP) in biologischen Medien
Projekt
Förderkennzeichen: MRI-LBV-08-Nano-23
Laufzeit: 01.09.2012
- 31.12.2016
Forschungszweck: Experimentelle Forschung
Die physikalische und die chemische Eigenschaften von NP in sind vom umgebenden Medium beeinflusst. Nach dem Dispergieren von NP in wässrigen Medien sind die Aggregations- und Agglomerationsgrad sowie die Partikelgrößenverteilung der dispergierten NP von der Zusammensetzung des Dispergiermediums (u.a. Ionenladung und-Konzentration) und den Dispergierverfahren abhängig. Zudem, in biologisch relevanten Medien, wie z.B. Kulturmedien, führen die Interaktionen zwischen NP und Medium u.a. zur Bildung einer Proteinkorona. Dabei kommt es zu Veränderungen der ursprünglichen Oberflächeneigenschaften (z.B. chemische Zusammensetzung, Ladung, Ladungsverteilung) und der Größe der NP. Diese Problematik prägt z.Z. die Diskussionen über die korrekte Interpretation der Ergebnisse toxikologischen Studien aus und verschiedene Arbeitsgruppen bemühen sich um standardisierten Methoden für die Charakterisierung von NP in den für die Untersuchung relevanten Medien zu entwickeln. Die Bestimmung und Charakterisierung (chemische Zusammensetzung, Partikelgröße und Größenverteilung, Löslichkeit, Aggregations-/Agglomerationszustand, Gestalt, Oberfläche, Oberflächenladung und Ladungsverteilung) von NP in Lebensmittelmatrizes stellt sich die gleiche Problematik gegenüber. Ziel des Vorhabens ist die Erstellung von MRI-Standardprotokollen für das Dispergieren von anorganischen NP und die Charakterisierung der Dispersionen. Dafür soll der Effekt des Dispergierverfahrens und des Dispergiermediums auf die Eigenschaften der Partikeloberfläche, die Partikelgrößenverteilung, der Aggregations- und Agglomerationsgrad und die Stabilität der Dispersionen untersucht werden.
Zu Beginn des Projektes wurde eine Literaturrecherche durchgeführt, die einige Projekte (z. B. NanoGenoTox, NanoCare) aufzeigte, innerhalb derer Dispergierprotokolle für verschiedene Nanomaterialien/Medienkombinationen entwickelt wurden. Für Titandioxid- (TiO2) und Siliziumdioxid-Nanopartikel (SiO2) gibt es beispielsweise von „NanoGenoTox“ detaillierte Dispergierprotokolle die unter Verwendung von BSA eine Stabilisierung der dispergierten Nanopartikel erreichen. Häufig ist jedoch der Zusatz von BSA oder anderer, stabilisierender Substanzen nicht gewünscht bzw. möglich, weil diese das Ergebnis nachgeschaltener Testsysteme beeinflussen können. Innerhalb einer Laborvergleichsuntersuchung der Gesellschaft Deutscher Chemiker/ Arbeitsgruppe Nanomaterialien an der das LBV teilnahm, wurde von mehreren Labors die Partikelgrößenverteilung von pulverförmigem, nanoskaligem TiO2 mittels DLS, AF4, REM, (Sp)-ICP-MS und SLS bestimmt. Hierzu wurden verschiedene Dispergiermethoden erprobt und miteinander verglichen. Teilweise wurde das TiO2-Pulver vor der eigentlichen Dispergierung mit Isopropanol befeuchtet und dann mit Hilfe von Ultraschall (Bad, Stab oder Becherresonator) in Wasser dispergiert. Außerdem wurde TiO2-Pulver in Öl dispergiert. Die gemessenen Partikelgrößenverteilungen der einzelnen Labors lagen in einem ähnlichen Größenbereich, unterschieden sich jedoch, abhängig von der verwendeten Dispergier- und Analysenmethode. Aufgrund der unterschiedlichen Ausstattung der einzelnen Labors (Ultraschallbäder, Ultraschall-Stäbe) sowie der Vielzahl der inzwischen erhältlichen Nanomaterialien (Material-Zusammensetzung, Coating, Funktionalisierung) und der möglichen Dispergiermedien (Zellkultur- und weitere Inkubationsmedien) ist es nahezu unmöglich ein universelles Dispergierprotokoll für alle Anwendungen zu entwickeln. Dispergiermethoden für anorganische Nanomaterialien sind folglich fallspezifisch zu entwickeln. Innerhalb der Studien wurden Dispergierprotokolle für nanoskaliges Silber, Titandioxid und Siliziumdioxid getestet.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Lebensmittelchemie
- Lebensmittelmikrobiologie
- Toxikologie
Rahmenprogramm
Förderprogramm
Ausführende Einrichtung
MRI - Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik (MRI-LBV)
