Nanomaterialien sind Materialien mit nanoskaligen Dimensionen, bei denen die Oberflächen- und Grenzflächeneigenschaften über die Volumeneigenschaften dominieren. Die sehr große Oberfläche dieser Nanomaterialien kann neuartige physikalische und chemische Eigenschaften bewirken, wie erhöhte katalytische Aktivität, verbesserte Löslichkeit oder unterschiedliches optisches Verhalten.
Nanomaterialien in Form von synthetischen Nanopartikeln finden sich bereits in einer Vielzahl von Konsumgütern wie Textilien, Farben, Sonnencreme und weiteren Gesundheitspflegeprodukten. In den Bereichen Energiespeicherung und Energieumwandlung, Medikamente, Life-Science-Anwendungen, Solarzellen, Katalyse, Kompositmaterialien und vielen mehr wird der Einsatz von Nanomaterialien intensiv erforscht.
Viele Nanomaterialien liegen in Form von Nanopartikeln in Dispersionen vor. Andere Materialien können die darin enthaltenen Nanostrukturen nutzen Beispielsweise enthalten metallorganischen Gerüstverbindungen (MOFs) Nano-Hohlräume in ihren Kristallstrukturen und können große Konzentrationen anderer Moleküle aufnehmen. Dazu zählen auch pharmazeutische Wirkstoffe (APIs – Active Pharmaceutical Ingredients). Wenn MOFs als Nanopartikel in biokompatiblen Flüssigkeiten dispergiert werden, ermöglicht die Oberflächenmodifizierung ihnen, in Zellen zu gelangen und dann eine breite Palette aktiver und gezielter Medikamente direkt dort im Körper freizusetzen, wo sie benötigt werden.
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Warum ist die Materialcharakterisierung für Nanomaterialien so wichtig?
Bei der Entwicklung neuer Materialien für spezifische Anwendungen ist es oft entscheidend, die Größenverteilung, Form, Oberflächeneigenschaften, Dispersion und Aggregationsstabilität der synthetischen Nanopartikel sowie die Elementar- und Nanokristallzusammensetzung des Materials zu kontrollieren.
Beispielsweise ist es essentiell, die Kristallstruktur und das hydrodynamische Verhalten von MOF-Nanopartikeln zu verstehen, um sicherzugehen, dass diese effektiv Ionen aufnehmen und wieder freigeben können.
Bei Dünnschicht-Anwendungen sind die Dicke der Nanoschicht, die Rauheit und Schichteigenschaften ebenfalls wichtige Parameter für die Herstellung von Bauteilen, die besonderen Eeigenschaften „zweidimensionaler“ verborgener Schichten nutzen.
Zusätzlich haben potentielle Risiken im Hinblick auf Nanotoxizität und Nanosicherheit bei mehreren synthetischen Nanopartikel-Anwendungen zu einer steigenden Anzahl an Nanoregulierungen geführt. Um sicherzustellen, dass diese Vorschriften eingehalten werden, ist eine Charakterisierung erforderlich.
Was sind unsere Nanopartikel-Analyselösungen?
Hier bei Malvern Panalytical bieten wir eine Vielzahl an Lösungen, um Forschung und Entwicklung in den Bereichen Nanowissenschaft und Nanotechnologie zu unterstützen:
- Dank Techniken wie Dynamischer Lichtstreuung (DLS), Elektrophoretischer Lichtstreuung (Electrophoretic Light Scattering, ELS) und Laserbeugung (Laser Diffraction, LD) können Forscher die Dimensionen und Verhaltensweisen von Nanopartikeln in Flüssigkeiten feststellen und verifizieren.
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Röntgenstreuung: Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) und Weitwinkel-Röntgenstreuung (WAXS) kombinieren Informationen über die Form und die Größe von Nanopartikeln mit der Analyse der Kristallstruktur aller vorhandenen Nanokristalle.
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Hochauflösende Röntgendiffraktometrie (HR-XRD) und Röntgenreflektometrie (XRR) werden verwendet, um „zweidimensionale“ Nanoschichten zu erforschen.
- Unsere Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA)-Spektrometer können die Elementarzusammensetzung von Nanopartikeln analysieren und ermöglichen anhand von Parametern wie der Konzentration von Dotiermitteln oder Verunreinigungen eine Beurteilung.
- NTA (Nanoparticle Tracking Analysis) kann auch in nanotoxologischen Studien als Tool verwendet werden, anhand dessen die Konzentration von Nanopartikeln festgestellt werden kann, oder um herauszufinden, ob eine bestimmte Probe als Nanomaterial klassifiziert werden kann.
NanoSight Pro
Die Charakterisierung von Nano- und Biomaterialien war noch nie so schnell,...