Oberflächenmodifizierte Nanopartikel

Die Oberfläche eines Nanopartikels spielt eine entscheidende Rolle hinsichtlich des Verhaltens und der Eigenschaften eines Nanomaterials. Über die Oberflächenchemie der Nanopartikel können deren Stabilisierung, Dispergierung und Funktionalisierung bestimmt werden. Auch die Toxikologie und Biokompatibilität werden entscheidend von der Oberfläche beeinflusst.

Mittels Oberflächenmodifikation lassen sich Nanopartikel je nach Anwendungsbereich und gewünschten Eigenschaften mehr oder weniger "maßschneidern". Dabei unterscheidet man zwischen einer Oberflächenfunktionalisierung, bei der chemische Substanzen an die Oberfläche binden oder anhaften bzw. einer Modifikation durch Umhüllung eines Nanopartikels mit einer oder mehrerer anorganischer oder organischer Substanzen. Die dabei entstehenden sogenannten "Kern/Schale"-Nanopartikel gewinnen zunehmendes Interesse in den Bereichen Medizin, Diagnostik, Pharmazie, Optik, Katalyse und Elektronik.

Hergestellt werden oberflächenmodifizierte Nanopartikel vor allem mittels sogenannter "Bottom-up"-Verfahren, welche die physikalisch-chemischen Grundsätze der molekularen bzw. atomaren Selbstorganisation nutzen. Dazu gehören etwa chemische Verfahren wie Pyrolyse und Hydrolyse, das Sol-Gel-Verfahren sowie die Gasphasensynthese oder die Gasphasenabscheidung.

Titandioxid-Nanopartikel werden für eine Verwendung als UV-Filter in Kosmetika oberflächenmodifiziert, um die photokatalytische Aktivität zu vermindern und eine bessere Dispergierbarkeit zu gewährleisten. Auch nanopartikuläres Zinkoxid und Siliziumoxid finden oberflächenmodifiziert in Kosmetika Verwendung. Verschiedene Nanomaterialien sind für eine Verwendung in Lebensmittelkontaktmaterialien, etwa für Kunststoffverpackungen, zugelassen. Um die gleichmäßige Dispergierbarkeit und die gute Anbindung an die Polymermatrix zu ermöglichen, werden die Nanopartikel durch eine Oberflächenmodifikation funktionalisiert.

Das toxische Potenzial eines Nanomaterials wird durch dessen Oberfläche entscheidend beeinflusst. Durch die Wahl einer geeigneten Substanz zur Oberflächenmodifikation kann das toxische Potenzial eines chemischen Stoffes reduziert werden. Doch oft widersprechen sich die Ergebnisse von Studien, ob Oberflächenmodifikation die Toxizität eines Nanomaterials verringern oder sogar erhöhen können.

Wenngleich Nanopartikel aus zwei oder mehreren Materialien zusammengesetzt sein können, finden in den derzeitigen Regelungen betreffend Kennzeichnungspflichten und Sicherheitsbewertungen von Nanomaterialien in der EU Substanzen, die zur Oberflächenmodifikation von Nanopartikeln eingesetzt werden, keine explizite Berücksichtigung.

NanoTrust Dossier Nr. 46

Oberflächenmodifizierte Nanopartikel Teil I: Arten der Modifikation, Herstellung, Verwendung (Mai 2016)

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NanoTrust Dossier Nr. 47

Oberflächenmodifizierte Nanopartikel Teil II: Verwendung in Kosmetika und im Lebensmittelbereich, gesundheitliche Aspekte, Regulierungsfragen (Mai 2016)

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