Goldmünzen und -barren

Hauch­dünne Inno­vation

Unter anderem an Implantaten sollen sie Anwendung finden: In einem aktuellen Projekt arbeiten Innsbrucker Ionenphysiker an neuartigen Nanobeschichtungen aus Gold. Die neue Hüfte soll gut im Körper anwachsen, der Dialysefilter nicht verstopfen: Um das zu erreichen, könnten sie in Zukunft zum Einsatz kommen.

In der Sonnencreme in Form von Titan- oder Zinkoxid, in Socken als Silber, Eisenoxid in der Abwasserreinigung: Nanopartikel begegnen uns heute bereits in unterschiedlichsten Bereichen. In der Sonnencreme absorbieren die Partikel UV-Licht, in den Socken sorgt das antibiotisch wirkende Silber dafür, dass Bakterien, die Schweiß zersetzen und für schlechten Geruch sorgen, nicht überleben. Das Eisenoxid in Abwasser bindet Schmutz und Schadstoffe und wird mittels Magneten wieder entfernt. Aber was sind Nanopartikel überhaupt? „Als Nanopartikel bezeichnen wir Verbünde von einigen wenigen bis höchstens einigen tausend Atomen. Den Namen erhalten sie durch ihre Größe, der im Nanometer-Bereich liegt – ein Milliardstel Meter“, erklärt Prof. Paul Scheier vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik. Er arbeitet mit seinem Team ebenfalls an Nanopartikeln, genauer an Nanobeschichtungen von bestehenden Materialien.

Nanobeschichtungen

Je nach Material können Oberflächen mit Nano-Beschichtungen verändert werden: Im Bereich von Werkzeugen, die lange halten sollen, ist das zum Beispiel schon am Markt verfügbar, etwa in Form von nanobeschichteten Bohrköpfen. Im K-Regio-Projekt „FAENOMENAL“ geht Paul Scheier mit Partnern aus dem MCI und den Firmen PhysTech und MED-EL nun einen Schritt weiter: Mit in ihrer Größe genau definierten Nanoteilchen kann der Physiker auch die Eigenschaften der Beschichtung genau bestimmen, zum Beispiel hinsichtlich ihrer elektrischen Ladung. „Auf die Idee hat mich vor Jahren der Mediziner Walter Pfaller gebracht. Er hat gemeint, für bestimmte medizinische Anwendungen, etwa Implantate, wäre es optimal, wenn man deren Oberflächen negativ oder positiv laden könnte. Und das ist jetzt tatsächlich möglich“, erzählt er. Schon länger bekannt ist, dass auf negativ geladenen Oberflächen keine Zellen anwachsen können, auf positiv geladenen schon – und dadurch, dass es mit einer in Innsbruck entwickelten Methode nun erstmals möglich ist, größenselektierte Goldteilchen auf Oberflächen zu deponieren, kann Scheier die Ladung beeinflussen. „Fehlt dem Nanoteilchen ein Atom, holt es sich ein Elektron vom Trägermaterial und lädt die Oberfläche negativ. Umgekehrt funktioniert das genauso, und wir erreichen eine positive Ladung.“ So können die Forscher um Paul Scheier Implantatoberflächen funktionalisieren und dafür sorgen, dass sich Implantate erfolgreich mit dem Körper verbinden – oder auch, dass bestimmte Oberflächen frei von organischem Material bleiben, je nach Anwendung: „Denkbar sind hier Knochenimplantate, Hüften, Zähne, alles das soll ja erfolgreich am Körper einwachsen. Bei einem Filter für die Dialyse bräuchten wir dann aber zum Beispiel negative Ladung, damit er nicht verstopft“, erklärt Paul Scheier.

Ein möglicher Milliardenmarkt – aber zuerst liefern Scheier und seine Partner einen Proof of Concept und zeigen, was möglich ist. Auch außerhalb der Medizin sind Anwendungen denkbar: Dadurch, dass mit der genauen Größe der Nanoteilchen auch ihre Eigenschaften genau bestimmt werden können, wären auch zum Beispiel Farbeffekte möglich, wenn man entsprechende Nanoteilchen verwendet. PhysTech arbeitet im Rahmen von FAENOMENAL daran, dass die Nanobeschichtung auch haften bleibt – die Teilchen sollen nicht an die Umgebung abgegeben werden. Tests mit Zellkulturen und ob diese auf beschichteten Stoffen haften oder nicht, werden am MCI durchgeführt, und mit MED-EL ist ein möglicher Anwendungspartner der Entwicklung an Bord.

K-Regio

Das Neue an Scheiers Entwicklung ist, dass es nun erstmals möglich ist, sehr gezielt Nanoteilchen in einer definierten Größe herzustellen – bisherige Methoden liefern Teilchen unterschiedlicher Größe, was für die reine Beschichtung von Oberflächen auch ausreicht. FAENOMENAL ist ein K-Regio-Projekt, eine regionale Initiative des Landes. Gefördert werden kooperative Projekte mit hohem Entwicklungsrisiko, die Konsortien müssen aus Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft bestehen, die zusammen an technologischen Fragestellungen der experimentellen Entwicklung, industriellen Forschung und Grundlagenforschung arbeiten. FAENOMENAL ist auf drei Jahre angesetzt.

Dieser Artikel ist in der  Dezember-Ausgabe des Magazins „wissenswert“ erschienen. Eine digitale Version ist hier zu finden (PDF).


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