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Informationen zu Nanopartikeln und Nano-Sicherheitsforschung

 

Gold verbinden viele Menschen in unserer heutigen Zeit mit Wohlstand, teurem Schmuck und solider Geldanlage. Doch der Einsatz immer kleinerer Partikel dieses Edelmetalls, bis hin zur Nanoskaligkeit, ermöglicht es nun, dass Gold-Nanopartikel zur Lösung einiger kritischer globaler Probleme der heutigen Zeit und nahen Zukunft beitragen könnten. Denn diese winzigen Gold-Partikel besitzen eine Vielzahl an einzigartigen Eigenschaften, die zu Materialen führen, die ein weites Spektrum an Möglichkeiten abdecken, wenn sie ideal ausgenutzt werden. Dabei sind sie noch sehr kosteneffizient, ganz anders als man es vom teueren Edelmetall denken mag, das an der Börse fortwährend neue Kurshöhen erreicht.

Dabei finden Gold-Nanopartikel bereits seit Jahrhunderten, wenn auch unbewusst, Anwendung. Römische Kunsthandwerker nutzten den Effekt aus, der entstand, wenn sie Goldchlorid in geschmolzenes Glas einmischten: Es entstanden feinste Goldpartikel, die die Gläser purpur-rot einfärbten. Heute weiß man, dass diese Partikel nanoskalig sind. In zahlreiche Kathedralen in ganz Europa sind derartig eingefärbte Glasfenster zu finden.

 

Eigenschaften und Anwendungen

Kirchenfenster, Quelle Fotolia @HowgillKirchenfenster, Quelle Fotolia @HowgillDie früheste medizinische Anwendung von Gold geht bis zum Jahr 2500 v. Chr. zurück. Damals benutzten die Chinesen dieses Edelmetall, um eine heilende Wirkung zu erzielen. Das volle Potenzial im Bereich der biomedizinischen Anwendungen offenbarte jedoch erst die Nanotechnologie. Tumor-targeting Techniken, die die vorhandene Biokompatibilität des Goldes ausnutzen, werden derzeit ebenso entwickelt, wie andere einfach durchzuführende, kosteneffiziente und sichere Diagnostiktests zur schnellen Entdeckung von Prostatakrebs oder anderen Tumorkrankheiten.

Derzeit befinden sich Medikamente für eine gezielte Tumorbekämpfung mit nanoskaligem Gold in den Phasen 1 und 2 der klinischen Tests; sie zeigten bislang vielversprechende Ergebnisse. Auf Seiten der Diagnostika überzeugt das Edelmetall gleichfalls durch seine sichere und empfindliche Aussagekraft bei gleichzeitig minimalem Materialeinsatz. So sind Gold-Nanopartikeln aus Schnelltests, wie bspw. Schwangerschaftstests oder Tests auf Bakterien wie z.B. Salmonellen, E.coli und Campylobacter, nicht mehr weg zu denken. Ebenso ist es bereits möglich, mittels funktionalisierter, kolloidaler Gold-Nanopartikel HIV-Erkrankungen und deren Fortschritt im Körper durch geeignete Schnellerkennungstest zu messen. Ebenso scheint eine Kommerzialisierung der Prostatakrebsfrüherkennung durch ein auf Gold-Nanopartikeln basierendem Schnelltestverfahren in naher Zukunft möglich.

 

Jedoch sind die Anwendungen von Nano-Gold nicht nur auf den medizinischen Bereich begrenzt. Das Edelmetall kann in seiner nanopartikulären Form auch dazu beitragen, einige der heutigen chemischen Zwischenprodukte, die wir zur Produktion für unsere alltäglichen Bedarfsgegenstände und Nahrungsmittel benötigen, wesentlich effizienter und „grüner“ herzustellen. Ebenso lassen sich die winzigen Goldpartikel zur Luft- und Wasserreinigung einsetzen, z.B. durch die effiziente Bindung von Quecksilberimmissionen in die Atmosphäre. Unter anderem wird versucht, mit (Nano-)Gold kostengünstige und effiziente Brennstoffzellen herzustellen, eine der wichtigsten clean-energy Technologien der nahen Zukunft.

 

Eine der größten und weiterhin stetig wachsenden Industrien, die der Informations- und Kommunikationstechnologien, kann ebenfalls kaum auf die Anwendung von Gold verzichten. Gold dient hier zur Entwicklung von leitfähigen Nanopartikeltinten, die z.B. auf Kunststoffe für Elektronikanwendungen gedruckt werden, da es eine hohe Haltbarkeit und hervorragende Beständigkeit aufweist. Des Weiteren zeigten erste Untersuchungen an touch-sensitiven Displays mit Gold-Nanopartikeln verbesserte Werte, ebenso wie diese Partikel zu einer weiteren Verbesserung von Flash-Speichern (z.B. USB-Sticks oder SSD-Festplatten) führen können. Insbesondere die sich immer größerer Beliebtheit erfreuenden Touch-Displays, könnten durch die Kombination von nanoskaligem Gold und Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs) in einer transparenten Schicht, die die derzeit übliche Beschichtung aus Indium-Zinnoxid (ITO) ersetzen würde, einen Quantensprung erzielen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten befinden sich im Bereich der Solarzellen.

 

Zurückzuführen sind die zahlreichen Anwendungen vor allem auf die einzigartigen Eigenschaften des nanoskaligen Goldes. Es besitzt eine sehr hohe Biokompatibilität und ist somit toxikologisch unbedenklich, was es interessant für biomedizinische Anwendungen macht. Durch einen Oberflächenplasmonenresonanz genannten Effekt verändert sich die Farbe der Partikel, wenn Hormone/Antigene etc. angeheftet werden. Einfacher gesagt: Trifft ein passend modifiziertes Gold-Nanopartikel auf ein nur während der Schwangerschaft gebildetes und in einer Urin- oder Blutprobe vorhandenes Hormon, so verändert es seine Farbe; damit kann die Schwangerschaft nachgewiesen werden. Entsprechend lässt sich dies auch für die anderen, weiter oben erwähnten Tests leicht durchführen.

 

Natürliches Vorkommen und Herstellung

Gold kommt auf der Erde in primären Rohstoffvorkommen als goldhaltiges Gestein (Golderz) und in sekundären Vorkommen als gediegenes Metall vor. Die Weltjahresförderung beträgt heute rund 2600 Tonnen, etwa hundertmal mehr als im 19. Jahrhundert. Bedeutende Goldmengen fallen bei der Raffination anderer Metalle wie Kupfer, Nickel oder der anderen Edelmetalle an, so dass unter Umständen erst diese „Verunreinigungen“ die Ausbeutung einer Lagerstätte wirtschaftlich machen.

Große Teile von Gold-Nanopartikeln werden heute über die Reduktion von Goldchloridlösung (sog. Tetrachloroaureat) gewonnen. Dieser Prozess nutzt als Reduktionsmittel unterschiedlichste Stoffe, wie bspw. Zitronensäure, Oxalsäure, Borhydride oder andere. Alternativ ist es jedoch auch möglich, mittels Laserbestrahlung oder UV-Licht-Bestrahlung derartige Nanopartikel zu erzeugen. Neben dem Reduktionsmittel wird während des Prozesses ein Stabilisator zugesetzt. Dieser sowie die Wahl der Prozessparameter beeinflussen maßgeblich die Größe, Form und Morphologie der Nanopartikel.

 

Literatur

  1. Wikipedia (DE): Gold (Stand letzter Zugang: Feb 2012).
  2. Keel, T., Holliday, R., Harper, T. (2010). Gold for good - Gold and nanotechnology in the age of innovation. World Gold Council, January 2010, London, UK.