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Gerhard Prossliner und Christian Hill © Aleksandr Leljak
Gerhard Prossliner und Christian Hill © Aleksandr Leljak

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Grazer Forscher vermessen Nanopartikel schon im Herstellungsprozess

07.08.2020

Künstliche Nanopartikel sind zigfach kleiner als der Durchmesser eines Haares - und begegnen uns etwa als Beschichtungen und Lacke, Kosmetik, Lebensmittelzusatzstoffen oder Wirkstofftransportern von Medikamenten. Forscher der Med-Uni Graz haben auf Basis der Biophotonik eine Technologie für ihre Vermessung und Charakterisierung entwickelt, die den industriellen Herstellungsprozess verbessern soll.

"Nanos", das griechische Wort für Zwerg, stand Pate für die Nanotechnologie, die der Technik die Welt der Atome und Moleküle eröffnet: Sie dringt in Größenordnungen von Nanometern vor, vergleichbar mit einem Haar, das der Länge nach in 50.000 Einheiten aufgespalten wird. In diesem Bereich können molekulare Bausteine zu völlig neuen Werkstoffen mit maßgeschneiderten Eigenschaften zusammengesetzt werden und bergen enormes Potenzial, wie Christian Hill vom Gottfried Schatz Institut der Medizinischen Universität Graz der APA schilderte. Wie diese Nanoteilchen wirken, hängt wesentlich von ihrer Größe, Form und Konzentration ab. Die genaue Kenntnis der Eigenschaften dieser Teilchen ist daher der Schlüssel zu ihrer effizienten Herstellung.

Probleme bisheriger Technologien überwinden

Herkömmliche Charakterisierungstechnologien weisen immer noch Mängel auf. Das stellt in der Weiterentwicklung von Produkten für die Hersteller von Nanopartikeln eine große Herausforderung dar. Das von Spanien aus geleitete, EU-finanzierte Projekt "NanoPAT" (Process Analytical Technologies for Industrial Nanoparticle Production) will mithilfe von drei neuen Echtzeit-Analysewerkzeugen die bisherigen Probleme und Einschränkungen herkömmlicher Charakterisierungstechnologien überwinden.

Hier setzt auch die Entwicklungsarbeit von Christian Hill, Gerhard Prossliner und ihrem Team an der Med-Uni Graz an: Die Experten haben eine Messinstrumente-Plattform zur schnellen Analyse und Charakterisierung der sowohl für das menschliche Auge als auch für herkömmliche Mikroskope unsichtbaren Teilchen entwickelt. Die innovative Laborgeräte-Technik soll für die pharmazeutische und medizinische Diagnostik, aber auch zur Vermessung von Nano- und nanostrukturierten Objekten in der Materialforschung eingesetzt werden können und bisherige Limitierungen weit hinter sich lassen.

Kontinuierliche Vermessung in Echtzeit

Die sogenannte "Optofluidic Force Induction" (kurz OF2i-Technologie) ermöglicht laut Hill eine kontinuierliche, präzise Hochdurchsatz-Multi-Parameter-Vermessung mit Einzelpartikelgenauigkeit in Echtzeit: "Das Prinzip der optofluidischen Kraftinduktion beruht auf einem gezielten Anstoßen der kleinen Objekte mit Hilfe von Laserlicht, sogenannten Licht-Kraft-Stößen", sagte der Grazer Biophysiker. "Die so in Bewegung gesetzten Teilchen werden gefilmt und aus ihren Verhaltens- und Bewegungsmustern können erstmals sowohl statistisch relevante als auch für die untersuchte Probe charakteristische Parameter, parallel und in Echtzeit, erhoben werden", erklärte Hill den hochtechnologischen Vorgang mit einfachen Worten.

Aus der Art und dem Ausmaß der durch den exakt dimensionierten Lichtstrahl bewirkten Veränderungen lassen sich Parameter wie Größenverteilungen, Konzentration, Form und das Molekulargewicht ermitteln. Die an der Med-Uni Graz entwickelte Technologie wird im Projekt zur Kontrolle der Herstellungsprozesse in den Bereichen Medizin und Materialwissenschaften zum Einsatz gelangen. "So könnten mit dem Einsatz von Nanopartikeln beispielsweise Knochendefekte behandelt werden oder künstlicher Zahnschmelz in Form von Nanokristallen in Zahnpasten eingebracht werden", beschrieb Hill den Beitrag der Med-Uni Graz.

14 europäische Partner arbeiten in dem Konsortium zusammen. "Expertinnen und Experten für Prozessdaten und Modellierung und industrielle Verarbeitung, Naturwissenschafter und viele weitere Spezialist sind Teil des Teams", führte Hill weiter aus. Neben der OF2i-Technologie sollen weitere prozessanalytische Technologien zur Echtzeit-Nanocharakterisierung (Photonendichtewellenspektroskopie - PDW und Trübungsspektrometrie - TUS) auf ihre Effizienz bei der Prozessüberwachung und Produktqualitätskontrolle erprobt werden.

Im Rahmen des Gesamtprojektes steht dem Konsortium für insgesamt vier Jahre ein Forschungsvolumen von rund fünf Millionen Euro zur Verfügung. Der Anteil des Grazer Teams umfasst rund 0,65 Millionen Euro. Die Grazer Spezialisten wollen nun selbst Unternehmer werden und bereiten die Gründung vor. Die Verwertung ihrer OF2i-Methode wollen sie innerhalb des Med-Uni Graz Spin-offs BRAVE Analytics GmbH vorantreiben.

Service: https://cordis.europa.eu/project/id/862583/de

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