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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
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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 Sonderforschungsbereich 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.
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