Funktionalisierte Kohlenstoffnanoröhren als Sonden für die lokale Temperaturmessung mittels NMR in der Biomedizin

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Mit ihren einzigartigen strukturellen, mechanischen und elektronischen Eigenschaften weisen Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) ein großes Potential für diagnostische und therapeutische Applikationen in der Biomedizin auf. Durch eine gezielte Synthese und Biofunktionalisierung können maßgeschneiderte Nanocontainer für vielfältige Anwendungen hergestellt werden. Diese erstrecken sich von einer Anreicherung als Kontrastmittel in krankem Gewebe über einen gezielten Transport eines Therapeutikums in Tumorzellen bis zu einer lokalen Antitumorbehandlung („Hyperthermie“) mittels gezieltem Befüllen der CNTs mit ferromagnetischen Materialien und anschließender lokaler Aufheizung durch magnetische Wechselfelder. In Anlehnung an letzteres Beispiel stellt die Kenntnis der lokalen Temperatur sowohl im pathologischen als auch in umliegenden gesunden Gewebe eine wichtige Information dar.Im Rahmen dieses Vorhabens sollen mit gezielten Sonden gefüllte CNTs zur lokalen, kontaktfreien Bestimmung der Temperatur mittels der Methode der Nuklearen Magnetischen Resonanz (NMR) erforscht werden. Da die Nanocontainer eine sowohl chemisch als auch mechanisch stabile Hülle darstellen, können hier auch in Reinform stark toxische Substanzen als Sensoren Verwendung finden. Dabei muss zunächst die Frage beantwortet werden, welche Substanzen mit stark temperaturabhängigem NMR-Signal im relevanten Temperaturbereich zwischen 30 und 70°C in CNTs verwendet werden können. Hierzu sollen hochwertige Proben unterschiedlicher Füllung zunächst synthetisiert, charakterisiert und später mittels der NMR auf mögliche biomedizinische Anwendungen getestet werden. Als mögliche Konkretisierung sollen neben der Bestimmung der Temperatur in Tumoren Voruntersuchungen zum Einbau von CNT-Temperatursensoren in Implantate (z.B. Hüftgelenke) durchgeführt werden.