Sie sind nur einige bis einige Hundert Nanometer groß und somit zumeist kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Dennoch haben sie eine große Wirkung, die sogenannten Nanocontainer. Es sind natürliche oder künstliche Partikel, die Hohlräume aufweisen. In ihrem Innern können sie daher Gastmoleküle transportieren, zum Beispiel Medikamente, erklärt André Devaux vom Institut für Chemo- und Biosensorik in Münster.
"Nanocontainer sind von sehr großer Wichtigkeit. Das Interesse für Anwendungen wurde immer größer. Der Hauptgrund für Nanocontainer ist, dass die meisten Moleküle, die als Medikament wirken, sind entweder sehr schlecht löslich oder sie zersetzen sich oder sie reagieren zu schnell. Das bedeutet, sie kommen nicht dahin, wo sie hin sollten. Die Idee ist jetzt, dass man sie einfach verpackt mit einem Nanocontainer, der Container selber dient dazu, das Medikament zu schützen.""
Bis er an der richtigen Zelle angelangt ist, um dort seine Fracht freizusetzen. Krebstumore zum Beispiel ließen sich so gezielt bekämpfen. Die höhere Temperatur des Tumors kann als Auslöser dienen, damit sich der Container öffnet. Es sind weitere Anwendungen möglich, sagt Cornelia Denz von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster.
"Bei allen Unfällen mit Nervenquetschungen ist es so, dass an einer kleinen Stelle der Nerv unterbrochen ist, der muss wieder zusammenwachsen. Das kann man zum Beispiel tun, indem man gezielt Nanocontainer an diese Stelle bringt, dort den Wirkstoff freilässt und dann das Wachstum beschleunigt."
Lange Zeit bestand das Problem, dass die Container über Löcher ihre Fracht zu früh verloren, sagt Cornelia Denz. Das habe man nun im Griff.
"Nanocontainer als Idee gibt es schon einige Jahre, aber es ist jetzt erst möglich geworden, eigentlich das letzte und dieses Jahr, dass man diese Nanocontainer so füllen kann, dass man Wirkstoffe dort hineinbringen kann und sie auch bewegen kann."
Dieses Bewegen von Nanocontainern ist ein Forschungsschwerpunkt der Münsteraner Wissenschaftler. In ihren Experimenten werden Nanocontainer in einer Wasserlösung unter dem Mikroskop beobachtet und mit Licht gezielt gesteuert, erklärt der Mitarbeiter der Arbeitsgruppe, Mike Wördemann.
"Das ist der Infrarotlaser, den wir verwenden, ein Hochleistungslaser mit zweieinhalb Watt, 1064 Nanometer Wellenlänge, also so mit dem menschlichen Auge nicht sichtbar. Der wird dann hier noch mal abgeschwächt, dann aufgeweitet und beleuchtet diesen Phasenmodulator mit einer hohen Auflösung, wo ich dann die Wellenfront des Laserstrahls beeinflussen kann."
Über einen Computer wird der Phasenmodulator angesteuert, so dass er das Laserlicht in mitunter 100 Strahlen aufteilt. Jeder einzelne wird über Spiegel auf jeweils einen Nanocontainer gerichtet. Der Lichtstrahl übt einen Impuls auf das Partikel aus. Dadurch wird es bewegt. Das Prinzip ist als optische Pinzette bekannt. Die Forscher in Münster wendeten es erstmals auf Nanocontainer an. Es gelang ihnen, die komplexen Partikel allein durch Licht dreidimensional anzuordnen. In der Fachwelt erhielt die Arbeit große Aufmerksamkeit, erzählt André Devaux.
"Was wir jetzt mit dieser Methode haben, ist eine volle Kontrolle. Wir können sagen, ich will dieses Partikel hier oder dieses Partikel da. Man kann auch Partikel zusammensetzen. Das ist jetzt der nächste Schritt, an dem wir arbeiten, dass wir Baustein für Baustein etwas zusammenbauen."
Das Schaffen neuer Strukturen birgt großes Potenzial für die Materialwissenschaft, zum Beispiel zur Verbesserung von Solarzellen.
"Solarzellen haben zwei Probleme. Das eine ist, sie sollen möglichst dünn auftragbar sein, zum Beispiel elastisch sein und das zweite ist, dass sie besonders effektiv Licht einsammeln sollen. Und für beides können Nanocontainer genutzt werden. Man weiß, dass man Nanocontainer so befüllen kann, dass sie Licht sehr gut aufsammeln. Wenn man es jetzt mit Licht zum Beispiel schafft, sie anzuordnen, dann kann man eine Struktur, ein Netzwerk bilden, dass so systematisch ist, dass Licht gut gesammelt wird, um dann eben Energie zu gewinnen."
Welche weiteren Materialen lassen sich mit Nanocontainern aufbauen? Das wollen die Wissenschaftler als nächstes untersuchen. Darüber hinaus wird die Forschung für medizinische Zwecke vorangetrieben. Zum Beispiel sollen Nanocontainer mit Laserlicht in Gewebeproben platziert werden. Die Wissenschaftler untersuchen dann, wie Licht zum Einsatz kommen muss, damit die Container ihren Inhalt wieder frei geben.
"Nanocontainer sind von sehr großer Wichtigkeit. Das Interesse für Anwendungen wurde immer größer. Der Hauptgrund für Nanocontainer ist, dass die meisten Moleküle, die als Medikament wirken, sind entweder sehr schlecht löslich oder sie zersetzen sich oder sie reagieren zu schnell. Das bedeutet, sie kommen nicht dahin, wo sie hin sollten. Die Idee ist jetzt, dass man sie einfach verpackt mit einem Nanocontainer, der Container selber dient dazu, das Medikament zu schützen.""
Bis er an der richtigen Zelle angelangt ist, um dort seine Fracht freizusetzen. Krebstumore zum Beispiel ließen sich so gezielt bekämpfen. Die höhere Temperatur des Tumors kann als Auslöser dienen, damit sich der Container öffnet. Es sind weitere Anwendungen möglich, sagt Cornelia Denz von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster.
"Bei allen Unfällen mit Nervenquetschungen ist es so, dass an einer kleinen Stelle der Nerv unterbrochen ist, der muss wieder zusammenwachsen. Das kann man zum Beispiel tun, indem man gezielt Nanocontainer an diese Stelle bringt, dort den Wirkstoff freilässt und dann das Wachstum beschleunigt."
Lange Zeit bestand das Problem, dass die Container über Löcher ihre Fracht zu früh verloren, sagt Cornelia Denz. Das habe man nun im Griff.
"Nanocontainer als Idee gibt es schon einige Jahre, aber es ist jetzt erst möglich geworden, eigentlich das letzte und dieses Jahr, dass man diese Nanocontainer so füllen kann, dass man Wirkstoffe dort hineinbringen kann und sie auch bewegen kann."
Dieses Bewegen von Nanocontainern ist ein Forschungsschwerpunkt der Münsteraner Wissenschaftler. In ihren Experimenten werden Nanocontainer in einer Wasserlösung unter dem Mikroskop beobachtet und mit Licht gezielt gesteuert, erklärt der Mitarbeiter der Arbeitsgruppe, Mike Wördemann.
"Das ist der Infrarotlaser, den wir verwenden, ein Hochleistungslaser mit zweieinhalb Watt, 1064 Nanometer Wellenlänge, also so mit dem menschlichen Auge nicht sichtbar. Der wird dann hier noch mal abgeschwächt, dann aufgeweitet und beleuchtet diesen Phasenmodulator mit einer hohen Auflösung, wo ich dann die Wellenfront des Laserstrahls beeinflussen kann."
Über einen Computer wird der Phasenmodulator angesteuert, so dass er das Laserlicht in mitunter 100 Strahlen aufteilt. Jeder einzelne wird über Spiegel auf jeweils einen Nanocontainer gerichtet. Der Lichtstrahl übt einen Impuls auf das Partikel aus. Dadurch wird es bewegt. Das Prinzip ist als optische Pinzette bekannt. Die Forscher in Münster wendeten es erstmals auf Nanocontainer an. Es gelang ihnen, die komplexen Partikel allein durch Licht dreidimensional anzuordnen. In der Fachwelt erhielt die Arbeit große Aufmerksamkeit, erzählt André Devaux.
"Was wir jetzt mit dieser Methode haben, ist eine volle Kontrolle. Wir können sagen, ich will dieses Partikel hier oder dieses Partikel da. Man kann auch Partikel zusammensetzen. Das ist jetzt der nächste Schritt, an dem wir arbeiten, dass wir Baustein für Baustein etwas zusammenbauen."
Das Schaffen neuer Strukturen birgt großes Potenzial für die Materialwissenschaft, zum Beispiel zur Verbesserung von Solarzellen.
"Solarzellen haben zwei Probleme. Das eine ist, sie sollen möglichst dünn auftragbar sein, zum Beispiel elastisch sein und das zweite ist, dass sie besonders effektiv Licht einsammeln sollen. Und für beides können Nanocontainer genutzt werden. Man weiß, dass man Nanocontainer so befüllen kann, dass sie Licht sehr gut aufsammeln. Wenn man es jetzt mit Licht zum Beispiel schafft, sie anzuordnen, dann kann man eine Struktur, ein Netzwerk bilden, dass so systematisch ist, dass Licht gut gesammelt wird, um dann eben Energie zu gewinnen."
Welche weiteren Materialen lassen sich mit Nanocontainern aufbauen? Das wollen die Wissenschaftler als nächstes untersuchen. Darüber hinaus wird die Forschung für medizinische Zwecke vorangetrieben. Zum Beispiel sollen Nanocontainer mit Laserlicht in Gewebeproben platziert werden. Die Wissenschaftler untersuchen dann, wie Licht zum Einsatz kommen muss, damit die Container ihren Inhalt wieder frei geben.