Funktionale Nanopartikel auf der Basis von Cellulose

Neuartige Polysaccharidnanopartikel (PS-NP) wurden entwickelt und ihre Anwendung als Sensoren untersucht. Hydrophobe Farbstoffe ließen sich in PS-NP aus Celluloseestern bei der Selbstanordnung einlagern. Die Partikeleigenschaften der Komposit-NP werden sowohl durch die Hydrophobie der Farbstoffe als auch durch strukturelle Wechselwirkung beeinflusst. Durch Vergleich der beiden Herstellungsverfahren Dialyse und Eintropfen konnten Partikelgröße und Breite der Größenverteilung der Komposit-NP optimiert werden. Carboxygruppen an der Partikeloberfläche ließen sich mit Antikörpern kovalent koppeln, um gefärbte Konjugate zu erhalten. Die Konjugate weisen im Lateral Flow Immunoassay niedrigere Nachweisgrenzen als entsprechende Referenzpartikel auf. Darüber hinaus konnten Celluloseester mit Aktivestergruppen basierend auf N-Hydroxysuccinimid (NHS) unter homogenen Bedingungen synthetisiert werden. Dabei stellte sich N,N-Disuccinimidylcarbonat als effektives Reagenz heraus. Die Derivate konnten zu reaktiven PS-NP mit aktivierten NHS-Gruppen auf der Oberfläche umgeformt werden, an die sich ein aminfunktionalisierter Fluoreszenzfarbstoff oder Enzym direkt und ohne den sonst üblichen Aktivierungsschritt in wässriger Phase kovalent immobilisieren ließen. Optimierte Reaktionsbedingungen ermöglichen es, den Farbstoff mit hoher Effizienz von bis zu 90 % zu binden. Für die Umsetzung von 6-Maleimidohexansäure mit Celluloseestern erwies sich Iminiumchlorid als effektives Reagenz. Während der Umformung zu Partikeln konnte ein thiolfunktionalisierter Farbstoff an die Derivate mittels Thiol-En-Reaktion (Click-Chemie) gebunden werden, um fluoreszente und reaktive PS-NP zu erhalten. Die gewonnenen PS-Derivate wurden mithilfe von Elementaranalyse, Infrarot- und Kernspinresonanzspektroskopie charakterisiert, während die PS-NP mit dynamischer Lichtstreuung, Elektronenmikroskopie und optischer Spektroskopie untersucht wurden.