Leuchtende Nanopartikel

Um einzelne Zellen, Organellen oder Organe zu markieren oder kleinste Bauteile zu beschriften, werden nanoskalige Leuchtstoffe in Zellstrukturen eingeschleust. Eine große Herausforderung ist es, leuchtende Nanopartikel zu entwickeln, die trotz ihrer geringen Größe so intensiv leuchten, dass sie detektiert werden können. Wissenschaftler des KIT haben neuartige Leuchtstoffe mit einem Partikeldurchmesser von weniger als 100 Nanometern entwickelt. Im Unterschied zu klassischen Nanoleuchtstoffen wie Cadmiumselenid fungiert hier ein Derivat von Vitamin B2, Flavinmononukleotid (FMN), als organischer Fluoreszenzfarbstoff. FMN bildet eingebettet in einer anorganischen Zirkonoxidmatrix eine Hybridverbindung mit besonders intensiver Leuchtkraft. Diese Hybridverbindung kann variabel mit mehr oder weniger „Vitamin B“ ausgestattet werden, entsprechend der chemischen Formel ZrO(HPO4)n(FMN)n-1 (n = 0-1) von wenigen Prozent bis zu molaren Mengen. Obwohl B-Vitamine im Allgemeinen wasserunlöslich sind, gelingt die Synthese der neuen Hybridleuchtstoffe mit dem Verfahren in wässrigem Medium einfach und schnell, was den Verarbeitungsprozess stark vereinfacht. In ersten Tests konnten keine toxischen oder allergischen Reaktionen in Zellen oder bei Versuchsmäusen aufgrund der Nanopartikel beobachtet werden. Neben der Biokompatibilität kommt zum Tragen, dass die Anregung des Hybridleuchtstoffs auch mittels blauer LED gelingt, die anders als UV-Licht nicht zellschädigend ist. Dies macht den neuen Leuchtstoff auch für medizinische Anwendungen sehr interessant. Da der Hybridleuchtstoff auch in größeren Mengen in Wasser aggregatfrei herstellbar und redispergierbar ist, kann er im großen Maßstab Einsatz finden, so zum Beispiel als Additiv in Kunststoffen oder in Papier als Sicherheitsmerkmal, zur Beschriftung oder zu Werbezwecken. Hier lässt sich der Effekt ausnutzen, dass der Nanoleuchtstoff erst bei entsprechender Anregung (UV-Licht oder blaue LED) sichtbar wird, während er im Tageslicht vollständig transparent erscheint.