Mehr als 1.000-mal kleiner als ein Sandkorn und über 20-mal dünner als ein menschliches Haar: So „winzig“ sind die neuartigen Mikrokapseln namens Colloidosome. Sie haben ein großes Potenzial, vorrangig in der Medizin verwendet zu werden. Materialwissenschaftlern der Universitäten in Bremen und Stanford (USA) ist es jetzt gelungen, eine neue Generation von Mikrokapseln mit einem Durchmesser von 300 Nanometern zu entwickeln. Sie sind zehnmal kleiner als die bisher bekannten Colloidosome. Damit eröffnen sich neue Wege im Kampf gegen Erkrankungen wie beispielsweise Krebs.
Die Mikrokapseln gleichen einem winzigen, mit Wasser gefüllten Ball, der lediglich aus einer Hülle von einzelnen Nanopartikeln besteht. Die Hülle ist dabei entscheidend: Zwischen den Nanopartikel der Kapselhülle entstehen kleine Löcher (Durchmesser 1-5 nm). Durch diese können z.B. Medikamente aus dem Inneren der Kapseln dosiert freigesetzt werden. Tobias Bollhorst, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet Keramische Werkstoffe und Bauteile (Advanced Ceramics) im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen, beschäftigte sich im Rahmen seiner Promotion mit den potenziell vielseitig verwendbaren Kapseln: „Langfristiges Ziel ist es, ein Mittel zur Krebsbekämpfung in das Innere der Mikrokapseln einzulagern und die Medikamente dann im hohen Maße zur Tumorbekämpfung gezielt an bestimmten Stellen im menschlichen Körper freizusetzen. Die Effizienz von Krebstherapien könnte so enorm gesteigert werden.“ Die Miniaturisierung der Kapseln ist somit ein entscheidender Durchbruch hin zur Anwendung als Wirkstoffträger.
Das Geheimnis der neuen Mikrokapseln: Lipide
Ein kürzlich in der international renommierten Fachzeitschrift „Chemistry of Materials“ veröffentlichter Artikel beschreibt detailliert sowohl das Herstellungsverfahren als auch die Eigenschaften der Mikrokapseln. Das Geheimnis des Erfolges, das die neuartigen Kapseln von ähnlichen Studien abgrenzt, liegt in der Verwendung von sogenannten Lipiden, also Fettsäuren, die die Kapseln stabilisieren. Diese Fettsäuren sind für den menschlichen Organismus extrem gut verträglich. Sie lagern sich bei der Herstellung der Kapseln zwischen den einzelnen Nanopartikeln an und führen so zu einem starken Zusammenhalt der Colloidosome.
Den Grundstein zur Herstellung der neuartigen Mikrokapseln legte Gruppenleiter und Mitbetreuer der Promotion Dr.MichaelMaas bereits vor zwei Jahren. Zusammen mit Co-Autor Gerald Fuller forschte er an der Stanfort University an extrem dünnen Schichten aus Nanopartikeln und Fettsäuren. Diese Grundlagenforschung war wichtig für die heutige Entwicklung innovativer Wirkstoffträger.
Professor Kurosch Rezwan, Leiter des Fachgebiets an der Uni Bremen, hebt hervor: „Der Durchbruch ist fundamental und wir stehen noch ganz am Anfang. Aber es ist schon jetzt klar, dass diese neuartigen Mikrokapseln für viele Anwendungsfelder tolle Eigenschaften mitbringen. Es ist nun unser Ziel das bestehende System in den nächsten Jahren weiter stark zu optimieren und die Mikrokapseln langfristig vom Labormaßstab hin zum Einsatz in der industriellen Anwendung zu führen.“ Zudem betont Rezwan, dass ohne die enge Zusammenarbeit mit der von Professor Andreas Rosenauer geleiteten Arbeitsgruppe Elektronenmikroskopie und seinem wissenschaftlichen Mitarbeiter Tim Grieb die für die Publikation notwendigen, hochauflösenden elektronenmikroskopischen Aufnahmen nicht hätten erzielt werden können.
Vollständiger Titel des Fachartikels: Tobias Bollhorst, Tim Grieb, Andreas Rosenauer, Gerald Fuller, MichaelMaas, Kurosch Rezwan: Synthesis Route for the Self-Assembly of Submicrometer-Sized Colloidosomes with Tailorable Nanopores, Chemistry of Materials, 2013, in print
Abstract:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm401610a
Weitere Informationen:
Universität Bremen
Fachbereich Produktionstechnik
Keramische Werkstoffe und Bauteile / Advanced Ceramics
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Prof.Dr.-Ing. Kurosch Rezwan
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