Synthese, Funktionalisierung und Anwendung von magnetischen Eisenoxidnanopartikeln

Nanoskalierte Materialien haben aufgrund ihrer im Vergleich zum makroskopischen Festkörper besonderen Eigenschaften in den letzten Jahren in den unterschiedlichsten Bereichen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Vor allem magnetische Nanopartikel finden vielseitige Anwendung, zu ihren möglichen Einsatzgebieten gehören z. B. magnetische Speichermedien und (heterogene) Katalyse, vor allem aber die Biomedizin, in der die Partikel als MRT-Kontrastmittel oder „Wirkstofftransporter“ dienen können. Für die meisten Anwendungsgebiete ist es erforderlich, Nanopartikel stets in der gewünschten Form und mit einer engen Größenverteilung zur Verfügung zu haben. Um dies mit einer hohen Reproduzierbarkeit zu erreichen, müssen zahlreiche Parameter der nasschemischen Herstellungsverfahren gesteuert und die Synthese dadurch gezielt beeinflusst werden können. Ein Teil dieser Arbeit widmet sich daher der Untersuchung des Wachstumsprozesses von Eisenoxid-basierten Nanopartikeln, um herauszufinden, auf welche Weise einzelne Faktoren wie Lösungsmittel, Temperatur, eingesetzte Ausgangssubstanzen und Art bzw. Verhältnis der Oberflächenliganden Einfluss auf Partikelgröße, -morphologie und -eigenschaften haben. In den nachfolgenden Kapiteln werden verschiedene Eisenoxidpartikelarten vorgestellt, die sich in ihrer Zusammensetzung und Morphologie unterscheiden. Die sphärischen, würfelförmigen und hohlen Partikel bestehen vollständig aus Eisenoxid, wohingegen die Kern-Schale-Partikel (Fe/FexO) sowie die Heterodimere (Ag@FexO, FePt@FexO) außer FexO noch eine weitere (metallische) Komponente aufweisen. Neben einer umfassenden Charakterisierung ihrer Eigenschaften werden Anwendungsmöglichkeiten der Eisenoxidpartikel aufgezeigt, wie beispielsweise die Bildung von Mesokristallen oder die Beladung mit Wirkstoffen. Durch Funktionalisierung mit einem hydrophilen Liganden wie Catechol-PEG oder Umhüllung mit Silica können die Partikel auch in polaren Lösungsmittel eingesetzt werden, was sie besonders attraktiv macht für biomedizinische Anwendungen. Due to their unique properties, nanoscaled materials have become more and more important within the last decade. Especially magnetic nanoparticles can be used in many different fields of application, such as magnetic data storage, (heterogeneous) catalysis or biomedicine, where the particles act as contrast agent in MRI or as drug delivery system. Most utilizations are only possible with highly mono¬disperse and uniform nanoparticles, what requires a precise control over the parameters of a wet-chemical synthesis. Therefore, in this work the influence of various reaction parameters, such as solvent, temperature, precursors, or amount of capping agent on size, shape, and properties of the resulting particles is investigated. In the following chapters several types of iron oxide-based nanoparticles are introduced, which differ in constitution and morphology. The spherical, cubic and hollow particles consist of iron oxide completely, whereas the core-shell particles (Fe/FexO) and heterodimers (Ag@FexO, FePt@FexO) contain an additional (metal) component. Besides the thoroughly characterization of the properties possible utilizations of the particles are presented, such as building up mesocrystals or drug load. By functionalizing the particles with hydrophilic ligands like catechol-PEG or by coating with silica shell they can be used in hydrophilic solvents as well, which makes them very attractive for biomedical applications