News: Molekulare Kapseln
Wir kennen sie aus der Werbung für Kosmetika: Liposomen, kleine Fettkügelchen, die ihre Fracht tief in innere Hautschichten schleusen. Neben Liposomen gibt es eine ganze Reihe anderer nanoskopischer Kapselsysteme für verschiedenste Anwendungsbereiche. Mainzer Chemiker haben nun eine neue, sehr flexible Kapselvariante entwickelt.
© Bild (Ausschnitt)
Nano-Kapseln vom Liposom-Typ bestehen aus vielen einzelnen Untereinheiten, die sich zu einer Hohlkugel zusammenlagern. Bei einem Wechsel der äußeren Bedingungen können diese Gebilde jedoch zerfallen. Kapseln aus fest verknüpften Bausteinen sind zwar stabil, ihre Synthese gestaltet sich aber meist recht aufwendig.
Relativ einfach herzustellen ist die neue Kapsel-Klasse der Forscher um Michael Maskos von der Universität Mainz. Die Chemiker polymerisierten Silicium-Kohlenstoff-Verbindungen zu Nano-Partikeln aus langen, quervernetzten Ketten. Dabei entstanden so genannte Poly-Organosiloxane mit einem Kern-Schale-Aufbau.
Drei prinzipiell verschiedene Typen haben die Mainzer Forscher im Sortiment. Allen gemein ist die feste hydrophobe – also wasserabweisende, beziehungsweise fettfreundliche – Schale. Ins Innere der Partikel bauen die Chemiker zusätzlich geladene Gruppierungen ein. Sie sorgen für ein hydrophiles – wasserfreundliches – Milieu im Innenbereich. Typ 1 hat einen festen hydrophilen Kern, Typ 2 eine hydrophile Innenschale und einen weichen Kern, Typ 3 eine hydrophile Innenschale um einen Hohlraum.
Maskos und seine Kollegen zeigten, dass alle drei Typen mit hydrophilen Farbstoffen beladen werden können, dabei selber aber in organischen Lösungsmitteln löslich sind. Verschiedene Farbstoffe bevorzugten dabei verschiedene Kapsel-Typen. Eine Verkapselung könnte Farbstoffe etwa in Autolacken oder Tintenstrahldruckern vor Umwelteinflüssen schützen; sonst nicht lösliche Farbstoffklassen könnten für neue Lacksysteme zugänglich gemacht werden.
Kapseln mit derartigen Eigenschaften sind prinzipiell auch in der Lage, polare pharmazeutische oder kosmetische Wirkstoffe durch die Haut oder durch Zellmembranen zu transportieren und zeitverzögert freizusetzen. Durch eine Variation der Molekül-Bausteine sind Nano-Kapseln mit unterschiedlichen Eigenschaften zugänglich. So ließe sich zum Beispiel über die Anzahl der eingebauten geladenen Gruppen steuern, wie schnell ein Inhaltsstoff freigesetzt wird. Auch die Maschenweite der äußeren Schale der Kapseln kann gezielt eingestellt werden. Auf diese Weise lässt sich steuern, welche Moleküle Einlass finden – beispielsweise für Anwendung der Kapseln als Nano-Reaktionsgefäße und als "Behälter" von Katalysatoren.
Relativ einfach herzustellen ist die neue Kapsel-Klasse der Forscher um Michael Maskos von der Universität Mainz. Die Chemiker polymerisierten Silicium-Kohlenstoff-Verbindungen zu Nano-Partikeln aus langen, quervernetzten Ketten. Dabei entstanden so genannte Poly-Organosiloxane mit einem Kern-Schale-Aufbau.
Drei prinzipiell verschiedene Typen haben die Mainzer Forscher im Sortiment. Allen gemein ist die feste hydrophobe – also wasserabweisende, beziehungsweise fettfreundliche – Schale. Ins Innere der Partikel bauen die Chemiker zusätzlich geladene Gruppierungen ein. Sie sorgen für ein hydrophiles – wasserfreundliches – Milieu im Innenbereich. Typ 1 hat einen festen hydrophilen Kern, Typ 2 eine hydrophile Innenschale und einen weichen Kern, Typ 3 eine hydrophile Innenschale um einen Hohlraum.
Maskos und seine Kollegen zeigten, dass alle drei Typen mit hydrophilen Farbstoffen beladen werden können, dabei selber aber in organischen Lösungsmitteln löslich sind. Verschiedene Farbstoffe bevorzugten dabei verschiedene Kapsel-Typen. Eine Verkapselung könnte Farbstoffe etwa in Autolacken oder Tintenstrahldruckern vor Umwelteinflüssen schützen; sonst nicht lösliche Farbstoffklassen könnten für neue Lacksysteme zugänglich gemacht werden.
Kapseln mit derartigen Eigenschaften sind prinzipiell auch in der Lage, polare pharmazeutische oder kosmetische Wirkstoffe durch die Haut oder durch Zellmembranen zu transportieren und zeitverzögert freizusetzen. Durch eine Variation der Molekül-Bausteine sind Nano-Kapseln mit unterschiedlichen Eigenschaften zugänglich. So ließe sich zum Beispiel über die Anzahl der eingebauten geladenen Gruppen steuern, wie schnell ein Inhaltsstoff freigesetzt wird. Auch die Maschenweite der äußeren Schale der Kapseln kann gezielt eingestellt werden. Auf diese Weise lässt sich steuern, welche Moleküle Einlass finden – beispielsweise für Anwendung der Kapseln als Nano-Reaktionsgefäße und als "Behälter" von Katalysatoren.
© Angewandte Chemie
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