Kleine nanodeeltjes kunnen worden voorzien van kleurstoffen en kunnen worden gebruikt voor nieuwe beeldvormingstechnieken, zoals chemici en natuurkundigen van de Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) aantonen in een recent onderzoek. De onderzoekers hebben ook als eersten de interne structuur van de deeltjes volledig bepaald. Hun resultaten zijn gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Angewandte Chemie .

Single-chain nanodeeltjes (SCNP's) zijn een aantrekkelijk materiaal voor chemische en biomedische toepassingen. Ze zijn gemaakt van slechts een enkele keten van moleculen die zich vouwen tot een deeltje met een omtrek van drie tot vijf nanometer. "Omdat ze zo klein zijn, ze kunnen overal in het menselijk lichaam reizen en voor een breed scala aan doeleinden worden gebruikt, ", zegt professor Wolfgang Binder van het Institute of Chemistry van MLU. Omdat het een nieuw onderzoeksgebied is, enkele vragen blijven nog onbeantwoord. Tot nu toe, bijvoorbeeld, de innerlijke structuur van de deeltjes was alleen aangenomen, maar niet definitief opgelost.

Nadat Binder en zijn team nieuwe nanodeeltjes met één keten hadden ontwikkeld die in de geneeskunde konden worden gebruikt, ze wilden meer weten over hun structuur. "We kwamen tot de conclusie dat de nanodeeltjes die we ontwikkelden een speciale, interne structuur, " zegt Binder. Om dit vast te stellen, hij nam contact op met collega's van de afdelingen scheikunde en natuurkunde van MLU. Met behulp van een combinatie van elektronenspinresonantie en fluorescentiespectroscopie, de wetenschappers konden voor het eerst de structuur van een SCNP visualiseren. "Ze vormen een soort nano-pocket dat een kleurstof of andere moleculen kan beschermen, " legt Binder uit. Hun bevindingen komen overeen met eerdere veronderstellingen over de mogelijke ruimtelijke structuur binnen zulke kleine deeltjes.

Het doel van de onderzoeksgroep van Binder is het ontwikkelen van nanodeeltjes voor diagnostisch testen. Echter, het produceren van de nanodeeltjes is een complexe taak. "Ze moeten vrijwel onzichtbaar zijn voor het lichaam, " legt Justus Friedrich Hoffmann uit, een doctoraat student in de onderzoeksgroep van Binder. Ze kunnen niet worden vernietigd door het immuunsysteem van het lichaam en ze moeten ook de juiste interne bindingsplaatsen hebben, zodat een kleurstof of een ander molecuul kan worden opgeslagen en beschermd. In aanvulling, ze moeten in water oplosbaar zijn, zodat ze via de bloedbaan kunnen worden getransporteerd. "Ze vormen vaak grote klonten, maar we zijn nu in staat geweest om individuele deeltjes te produceren, ", zegt Hoffmann. Ze gebruikten een chemische truc om de ketting in de gewenste vorm te condenseren.

de kleurstof, die tijdens het fabricageproces wordt verwerkt, wordt gebruikt voor zogenaamde fotoakoestische beeldvorming. De procedure is een alternatief voor computertomografie, maar zonder de gevaarlijke straling. Hiermee kan men enkele centimeters diep in weefsel van buiten het lichaam kijken. Normaal gesproken wordt de kleurstof snel vernietigd door het lichaam, zegt Binder. De kleine nanodeeltjes beschermen de kleurstof, die kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld, in de visualisatie van tumoren die het via bloedvaten zou binnendringen.

SCNP's kunnen worden gebruikt in een groot aantal andere toepassingen, te. Bijvoorbeeld, ze zouden kunnen worden gebruikt als nanoreactoren waarin chemische reacties plaatsvinden.