Uni DuE koordiniert EU-Netzwerk zu magnetischen Nanopartikeln
Schematischer, komplexer Aufbau eines Nanopartikels mit einem Durchmesser von zirka zehn Nanometern: Der hellblaue Kern besteht aus einem hartmagnetischen Material (etwa aus einer metallischen Legierung aus Cobalt und Samarium). Der Kern ist von einer bio-kompatiblen Hülle aus Eisenoxid oder Gold umgeben. Die Herstellung und Charakterisierung solcher Partikel ist Ziel des Netzwerkes.
Bild: Axel Carl / Ulf Wiedwald
Dass die Uni DuE im neuen europäischen Nano-Netzwerk, das als eines der "Top-Fünf" aus über 600 Bewerbungen ausgewählt wurde, eine wichtige Rolle spielt, kommt nicht von ungefähr. Weit über die Region hinaus hat sich die Hochschule mit verschiedenen Projekten zu Grundlagen und Anwendungen der Nanotechnologie bekannt gemacht. Drei Sonderforschungsbereiche und zwei Graduiertenkollegs sind den Nanowissenschaften gewidmet, ein großer interdisziplinärer Sonderfor-schungsbereich befasst sich bereits mit Nanopartikeln aus der Gasphase.
Bei "SyntOrbMag" (Synthesis and Orbital Magnetism of Core-Shell Nanoparticles) geht es um kleinste, mit bloßem Auge nicht zu erkennende magnetische Partikel, die einen Durchmesser von vier bis 100 Nanometer haben. Das ist unvorstellbar klein, erklärt Prof. Farle: "Wenn man einen Menschen auf die Größe eines Nanopartikels schrumpfen würde, könnte die gesamte Menschheit bequem in einem Reiskorn untergebracht werden, und es bliebe noch Platz zum Tanzen."
Sind Nanopartikel magnetisch, lassen sie sich mittels externer Magnetfelder steuern, und das ist für viele Anwendungen interessant. In der Datenspeichertechnologie und der Sensorik, aber auch in der Biologie und Medizin mit Diagnostik, Krebstherapie und Zellforschung ließe sich von den Entwicklungen profitieren. "In Zukunft könnten Schichten aus magnetischen Nano-Partikeln als Speichermedien dienen und hätten damit eine bis zu 100-fach höhere Speicher-Bit-Dichte als die derzeit erhältlichen Festplatten", so Prof. Farle. "In der Medizin dagegen setzt man unter anderem große Hoffnungen darauf, kranke Zellen zu zerstören, indem kleinste Dosen magnetischer Partikel etwa aus einer Eisen-Platin-Legierung in die Blutbahn injiziert werden. Am Körper angelegte Magnete 'fangen' dann die Nanopartikel und reichern sie am Ort des Tumors kontrolliert an. In speziellen Hochfrequenzfeldern absorbieren die Teilchen Energie, heizen sich auf und zerstören dadurch ausschließlich das Zellgewebe im direkten Umfeld. Anschließend können die Partikel auf natürlichem Wege leicht wieder ausgeschwemmt werden."
Unterschiedliche Anwendungsbereiche stellen jedoch unterschiedliche Anforderungen an Magnetismus und Oberflächenbeschaffenheit der feinen Partikel. So sind viele magnetisch hervorragende Materialien wie Kobalt, Nickel, Eisen oder Samarium nicht nur oxidationsanfällig, sondern auch gesundheitlich bedenklich für den Menschen. Für einen Einsatz in Biologie und Medizin müssen derartige Partikel daher bearbeitet und funktionalisiert werden. Das heißt, die Wissenschaftler von SyntOrbMag müssen sie entweder mit einer bio-kompatiblen oder einer umweltresistenten Schutzschicht - zum Beispiel aus Gold - umhüllen. Folglich besteht der Partikel aus einem Kern und einer stabilen, metallischen Schale. Dies geschieht natürlich in unvorstellbar winzigen Dimensionen, nämlich auf Nanometer-Skala durch natürliche Phänomene wie etwa 'Selbst-Organisation', die bei der chemischen Synthese clever ausgenutzt werden.
Noch gibt das physikalische Verhalten der magnetischen Nanopartikel den Forschern einige Fragen auf. Auch bis zur kontrollierten Herstellung solch innovativer "Kern-Hülle"-Partikel wird noch einige Zeit vergehen. "In fünf bis zehn Jahren könnten magnetische, auf spezielle Anforderungen zugeschnittene Kern-Hülle-Nanopartikel Standard in Technologie und Medizin sein", schätzt Prof. Farle. Umso gefragter ist deshalb der wissenschaftliche Nachwuchs. Die interdisziplinäre, europaweite Ausbildung junger DoktorandInnen auf dem zukunftsträchtigen Arbeitsmarkt der Nanowissenschaften hat sich das Netzwerk mit zur wichtigsten Aufgabe gemacht.
Weitere Informationen: Prof. Dr. Michael Farle, Tel. 0203/379-2075, farle@uni-duisburg.de
