Kontrolle des Aggregationsverhaltens oberflächenmodifizierter Nanopartikel

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das durch supramolekulare Wechselwirkung induzierte Aggregationsverhalten und die Selbstorganisation von Metallnanopartikeln untersucht. Hierfür wurden Gold- und Silbernanopartikel mit kationischen und neutralen Liganden funktionalisiert, wobei die kationischen Liganden terminale Adamantyl- oder Octylgruppen als Bindungsmotive enthielten. Deren Wechselwirkung mit den Bis(cyclodextrine) Bis-α-CD und Bis-β-CD löste die Aggregation der Nanopartikel aus. UV/Vis-spektroskopische Untersuchungen zeigten eine Korrelation zwischen der Konzentration der Bis(cyclodextrine), die für die Nanopartikelaggregation nötig war und der Stabilität der betreffenden Komplexe zwischen dem Cyclopeptid und dem Bindungspartner auf der Nanopartikeloberfläche. Weiterhin wurde das Aggregationsverhalten von der Ligandenstruktur, dem Verhältnis der oberflächengebundenen Liganden und dem Linker zwischen den Cyclodextrinringen im Bis(cyclodextrin) beeinflusst. Entsprechend zeigten Nanopartikel mit identischem Bindungsmotiv, aber unterschiedlichem Funktionalisierungsgrad, ein unterschiedliches Aggregationsverhalten und konnten selektiv aggregiert werden. Auf diese Weise wurde eine Nanopartikelkombination mit orthogonalen Bindungsmotiven entwickelt, die auf vier unterschiedlichen Stimuli mit vier klar unterscheidbaren Farben reagierte. Diese Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven für die Entwicklung modularer Sensorplattformen mit gezielt einstellbarer Selektivität und Empfindlichkeit, die auch in komplexen Systemen eine eindeutige visuelle Detektion ermöglichen. Die Immobilisierung eines Benzimidazol-haltigen Liganden auf der Nanopartikeloberfläche erlaubte es, die durch Bis-β-CD induzierte Nanopartikelaggregation durch die Veränderung der pH-Werte zu kontrollieren. So führte das Bis(cyclodextrin) nur bei hohen pH-Werten zu einer Aggregation der Nanopartikel, während unter sauren Bedingungen, die zur Protonierung der Benzimidazoleinheiten führten, eine Aggregation ausblieb. Diese pH-Wert Abhängigkeit der Aggregation erwies sich als reversibel, sodass durch wiederholte pH-Wert-Veränderungen zwischen dem aggregierten und nicht-aggregierten Zustand der Nanopartikel alterniert werden konnte.