Metallnanopartikel als nichtlinear optische Antennen in photoaktiven 3D-Polymermatrizen: MNPs in Polymersomen und biomedizinische Anwendungsmöglichkeiten

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Die in der 1. Förderphase durchgeführten Arbeiten erlaubten uns Aussagen über Metallische Nanopartikel (MNP) unterstützte Photoreaktionen in Polymeren sowie deren Auflösung und Nachweis im sub-100nm-Bereich zu treffen. In der zweiten Förderphase sollen diese Erkenntnisse und Möglichkeiten für einen Einsatz in komplexen 3D Polymer-Strukturen, sogenannten Polymersomen, genutzt werden, die in der synthetischen Biologie und in der Biomedizin von hoher Bedeutung sind. Die in der 1. Phase bewusst gewählten Azosulfonate und die photolabil geschützten Aminopolymere bilden hier die Basis für die gezielte Verteilung von ionischen bzw. Amin-Bindungsstellen auf Oberflächen bzw. in der Doppelschicht- Membran der Polymersome, die insbesondere für die Anbindung von Biomolekülen von großem Interesse sind. Dazu werden die Metallnanopartikel (MNPs) als optische Antennen in die Blockcopolymer-Doppelschichten direkt eingebracht. Photoreaktionen, ausgelöst über die Generation der optischen zweiten Harmonischen (SHG) an den Antennen sollen dann in der Polymersom- Membran mit einer räumlichen Kontrolle von unter 100 nm die Membran chemisch verändern (siehe unten). Durch lokale Freisetzung von Amin-Bindungsstellen können z.B. im Weiteren komplexe Biomoleküle in die Polymer-Membran eingebaut werden. Als Fernziel ist die Anwendung der hier aufgebauten Technik der lokalen Steuerung von Photoreaktionen über nichtlineare Feldüberhöhung an Metallnanopartikeln direkt in der Umgebung von biologischen Zellen und zellähnlichem Gewebe angedacht. Im Rahmen des Projektes werden einerseits geeignete Blockcopolymer-Strukturen realisiert, die sowohl stabile Vesikel bilden, Wechselwirkungen mit Metallnanopartikel eingehen, um diese gezielt einzubauen, als auch die photoaktiven Gruppen tragen. Andererseits werden die ersten Erkenntnisse zur Nutzung der SHG an MNPs zur Auslösung von lokalen chemischen Photoreaktionen auf komplexe 3D Systeme übertragen, die sich in wässrigen Systemen befinden. Dafür werden die technischen Voraussetzungen geschaffen (Lasereinkopplung in eine Flüssigkeitszelle), sowie auch hocheffiziente Antennen realisiert. Für den grundlegenden Nachweis von lokal in Diblockcopolymeren über MNP Antennen ausgelösten SHG Photoreaktionen auf der sub-100 nm-Skala werden Nanooptische Methoden eingesetzt.