Små nanopartiklar kan förses med färgämnen och kan användas för nya bildtekniker, som kemister och fysiker vid Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) visar i en färsk studie. Forskarna har också varit de första att helt fastställa partiklarnas inre struktur. Deras resultat publicerades i den berömda tidskriften Angewandte Chemie .

Enkelkedjiga nanopartiklar (SCNP) är ett attraktivt material för kemiska och biomedicinska tillämpningar. De skapas av bara en enda kedja av molekyler som viker sig till en partikel vars omkrets mäter tre till fem nanometer. "För att de är så små, de kan resa överallt i människokroppen och användas för en mängd olika ändamål, " säger professor Wolfgang Binder från Institutet för kemi vid MLU. Eftersom det är ett nytt forskningsområde, några frågor är fortfarande obesvarade. Ända tills nu, till exempel, partiklarnas inre struktur hade bara antagits, men inte slutgiltigt löst.

Efter att Binder och hans team utvecklat nya enkelkedjiga nanopartiklar som kan användas inom medicin, de ville veta mer om sin struktur. "Vi drog slutsatsen att nanopartiklarna vi utvecklade måste ha en speciell, intern struktur, " säger Binder. För att fastställa detta, han kontaktade kollegor från institutionerna för kemi och fysik på MLU. Genom att använda en kombination av elektronspinresonans och fluorescensspektroskopi, forskarna kunde visualisera strukturen av en SCNP för första gången. "De bildar en sorts nano-ficka som kan skydda ett färgämne eller andra molekyler, " förklarar Binder. Deras resultat är i linje med tidigare antaganden om den möjliga rumsliga strukturen inom sådana små partiklar.

Syftet med Binders forskargrupp är att utveckla nanopartiklar för diagnostisk testning. Dock, att producera nanopartiklarna är en komplex uppgift. "De måste vara praktiskt taget osynliga för kroppen, " förklarar Justus Friedrich Hoffmann, en Ph.D. student i Binders forskargrupp. De kan inte förstöras av kroppens immunförsvar och de måste också ha rätt inre bindningsställen så att ett färgämne eller en annan molekyl kan lagras och skyddas. Dessutom, de måste vara vattenlösliga så att de kan transporteras via blodomloppet. "De bildar ofta stora klumpar, men vi har nu kunnat producera enskilda partiklar, säger Hoffmann. De använde ett kemiskt knep för att kondensera kedjan till önskad form.

Färgämnet, som ingår under tillverkningsprocessen, ska användas för så kallad fotoakustisk avbildning. Proceduren representerar ett alternativ till datortomografi men utan den farliga strålningen. Det gör att man kan titta flera centimeter djupt in i vävnad från utsidan av kroppen. Normalt förstörs färgen snabbt av kroppen, säger Binder. De små nanopartiklarna skyddar färgämnet, som skulle kunna användas, till exempel, vid visualisering av tumörer som det skulle komma in via blodkärl.

SCNPs kan användas i en mängd andra applikationer, för. Till exempel, de skulle kunna användas som nanoreaktorer där kemiska reaktioner äger rum.