Nanopartikel: Größe, Definition & Eigenschaften

Sie stecken in Kosmetik, Küchenutensilien, Kleidung und sogar in Lebensmitteln. Es gibt kaum einen Bereich in unserem Alltag, in dem Nanopartikel nicht in irgendeiner Weise involviert sind. Um einen optimalen Einsatz zu gewährleisten und zugleich die Gesundheits- und Umweltrisiken zu minimieren, müssen die Teilchen sorgfältig analysiert werden. Das ist aufgrund der geringen Nanopartikel-Größe nur mit technischen Hilfsmitteln möglich. Welche Technologien Waters | Wyatt Technology hierfür bietet, erfahren Sie im folgenden Artikel.

Inhaltsverzeichnis:

  • Was sind Nanopartikel und welche Größe weisen sie auf?
  • Welchen Einfluss hat die Nanopartikel-Größe auf die Eigenschaften der Teilchen?
  • Wofür werden Nanopartikel genutzt?
  • Können Nanopartikel wegen ihrer Größe die Haut durchdringen?
  • Welche Technologien bietet Waters| Wyatt Technology zur Analyse von Nanopartikeln an?

Was sind Nanopartikel und welche Größe weisen sie auf?

Als Nanopartikel werden Verbünde aus wenigen bis mehreren tausend Atomen oder Molekülen bezeichnet. Typischerweise haben Nanopartikel eine Größe von einem bis zu 100 Nanometern. Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters oder der milliardste Teil eines Meters. In einen i-Punkt in einer Zeitungsmeldung passen mehr als eine Million Nanopartikel. Ein weiterer Größenvergleich: Der Durchmesser eines menschlichen Haares beträgt circa 80.000 Nanometer.

Nanopartikel können aus unterschiedlichsten chemischen Stoffen und Verbindungen künstlich erzeugt werden. Sie finden sich aber auch in der Natur. Bekannte Beispiele hierfür sind:

  • Viren (30 bis 50 Nanometer) und
  • Nanopartikel in der Luft nach Waldbränden (verschiedene Größen).
Viele Proteine entsprechen ebenfalls der Nanometer-Größe. Zudem finden sich oft in Nahrungsmitteln natürliche Nanopartikel, zum Beispiel Kaseinmizellen in Milch. Darüber hinaus entstehen Nanopartikel unterschiedlicher Größe bei natürlichen Verwitterungsprozessen oder durch Verbrennungsprozesse.

Welchen Einfluss hat die Nanopartikel-Größe auf die Eigenschaften der Teilchen?

Abhängig von ihrer Größe zeichnen sich Nanoteilchen durch spezielle physikalische und chemische Eigenschaften aus. Nanopartikel mit einer Größe von 15 Nanometern haben ggf. völlig andere Spezifika als 40 oder 90 Nanometer große Partikel.

Abhängig von der Nanopartikel-Größe unterscheiden sich die Teilchen beispielsweise hinsichtlich ihrer:

  • chemischen Reaktivitäten
  • thermodynamischen Parameter (z. B. Schmelzpunkt),
  • katalytischen Wirksamkeit,
  • metallischen und Halbleitereigenschaften und/oder ihrer
  • optischen und magnetischen Eigenschaften.
Aufgrund dieser Besonderheiten gewinnen Nanopartikel unterschiedlicher Größe bei der Entwicklung neuer Anwendungen und Produkte zunehmend an Bedeutung. In der Elektronik können sie dazu beitragen, leistungsfähigere und zugleich kleinere Computer zu entwickeln. In der Medizin lässt sich mit Nanopartikeln in geeigneter Größe ein zielgerichteter Transport von Arzneimitteln im Körper erzielen, was beispielsweise eine schonendere Krebstherapie oder eine gezielte Gentherapie ermöglicht.

Wofür werden Nanopartikel genutzt?

Nanopartikel unterschiedlicher Größe finden mittlerweile in zahlreichen Produkten Verwendung, zum Beispiel in:

  • Deodorants
  • Funktionskleidung
  • Haushaltsanwendungen oder
  • Anstrichen, in denen sie eine Besiedelung durch Kleinstlebewesen wie Algen, Moose und Schimmel verhindern.
Ein wichtiges Einsatzfeld für Lipid-Nanopartikel sind mRNA-basierte Covid-19-Impfstoffe. Die Nanoteilchen umhüllen den eigentlichen Wirkstoff und ermöglichen ihm, die Zellmembranen zu durchqueren, ohne hierbei abgebaut zu werden.

Können Nanopartikel wegen ihrer Größe die Haut durchdringen?

Nach derzeitigem Stand der Wissenschaft können Nanoteilchen nicht durch gesunde Haut in den Körper gelangen. Eine Ausnahme bilden sogenannte Fullerene, die Kosmetika und Hautpflegeprodukten beigemischt werden. Die auch als „Buckyballs“ bezeichneten Nanopartikel haben eine Größe von nur rund 0,7 Nanometern und sind damit in der Lage, Blut-Gewebe-Schranken zu durchdringen.

In den Körper eindringen können Nanopartikel jeder Größe über die Lunge, beispielsweise durch das Einatmen von Nano-Reinigungs- oder Imprägniersprays. Durch den Magen-Darm-Trakt finden Nanoteilchen den Weg in den Blutkreislauf, über den sie bis in die Organe vordringen. Barrieren wie die Blut-Hirn- und die Plazenta-Schranke stellen für Nanopartikel jeder Größe unter Umständen kein Hindernis dar.

Welche Technologien bietet Waters| Wyatt Technology zur Analyse von Nanopartikeln an?

Für das menschliche Auge sind Nanopartikel aufgrund ihrer geringen Größe nicht ohne leistungsstarke Mikroskope sichtbar. Noch vor einigen Jahren war es sehr aufwendig, die genaue Nanopartikel-Größe zu bestimmen. Inzwischen hat Waters| Wyatt Technology mit SEC-MALS und FFF-MALS zwei Technologien im Programm, mit denen Sie Nanopartikel unterschiedlicher Größe analysieren können.

SEC-MALS, eine Kombination aus Mehrwinkel-Lichtstreuung und Größenausschlusschromatographie, ermöglicht eine Untersuchung der Nanopartikel bezüglich:

  • Größe,
  • molarer Masse,
  • Konformation und
  • Zusammensetzung.
Durch Hinzufügen eines Online-Detektors für dynamische Lichtstreuung lässt sich außerdem der hydrodynamische Radius ermitteln.

FFF-MALS verbindet die Feldflussfraktionierung mit einem Mehrwinkel-Lichtstreudetektor, und eignet sich damit insbesondere zur Analyse folgender Eigenschaften der Nanopartikel:

  • Radius,
  • molare Masse,
  • Partikelkonzentration,
  • Massenkonzentration,
  • Konformation,
  • Zusammensetzung sowie
  • Partikelbeladungsgrad.
Diese Analysetechnik bietet den großen Vorteil, dass die Messung nicht-destruktiv erfolgt. Somit ist es möglich, Fraktionen für weitere Offline-Analysen zu sammeln. Des Weiteren eignet sie sich besonders für Partikel, die zu groß für die Größenausschlusschromatographie sind. Wird eine besonders schnelle Analysemethode für Größe und Partikelkonzentration benötigt, die die Partikel nicht physisch auftrennt, eignet sich im Besonderen auch die Dynamische Lichtstreuung (DLS).

Waters | Wyatt Technology - Ihr zuverlässiger Partner für die Nanopartikel-Charakterisierung

Ob Sie Nanopartikel für neuartige Anwendungen erforschen, pharmazeutische Technologien entwickeln oder den schädigenden Einfluss der Teilchen auf den Menschen und die Umwelt untersuchen wollen: Wir unterstützen Sie mit unseren innovativen Analysetechnologien bei der Gewinnung hochwertiger Informationen.

 

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Weitere Fragen und Antworten zu Nanopartikeln

Wie klein sind Nanopartikel?

Typischerweise haben Nanopartikel eine Größe von einem bis zu 100 Nanometern. Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters oder der milliardste Teil eines Meters.

Welche Eigenschaften kann die Nanopartikel-Größe beeinflussen?

Die Teilchen unterscheiden sich beispielsweise hinsichtlich folgender Eigenschaften: chemische Reaktivitäten, thermodynamische Parameter (z. B. Schmelzpunkt), katalytische Wirksamkeit, metallische und Halbleitereigenschaften, optische und magnetische Eigenschaften.

Wofür werden Nanopartikel genutzt?

Nanopartikel unterschiedlicher Größe finden mittlerweile Verwendung in: Deodorants, Funktionskleidung, Haushaltsanwendungen, Anstrichen, in denen sie eine Besiedelung durch Kleinstlebewesen wie Algen, Moose und Schimmel verhindern.