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Maßgeschneiderte Nanopartikel

Charakterisierung magnetischer Nanopartikel bereits während der Herstellung

PTB News 2.2021
26.03.2021
Besonders interessant für

Hersteller von Nanopartikeln

physikalisch-chemische Prüflaboratorien

Die PTB hat ein Messgerät entwickelt, das bereits während der Synthese magnetischer Nanopartikel deren magnetische Eigenschaften zuverlässig charakterisieren kann. Der im PTB-Technologietransferprogramm „TransMeT“ entwickelte Demonstrator wurde ersten Funktionstests unterzogen. Zukünftig soll mit diesem Gerät die Herstellung neuer Referenzmaterialien für magnetische Nanopartikel unterstützt werden.

Der neue Inline-Detektor zur magnetischen Prozesskontrolle kann direkt während der Mikroreaktionssynthese eingesetzt werden. Damit kann beispielsweise während der Synthese in Echtzeit die Änderung des magnetischen Signals aufgrund von Änderungen der Temperatur gemessen werden.

Magnetische Nanopartikel (MNP) sind industriell hergestellte Teilchen, die meist aus einem Eisenoxidkern und einer organischen Hülle bestehen. Sie werden in einem breiten Spektrum an Anwendungen eingesetzt, etwa für die biomedizinische Diagnostik oder in Handylautsprechern. Wichtig für ihre Funktion im jeweiligen Anwendungsbereich ist die Kontrolle und die dafür benötigte Messung ihrer magnetischen Eigenschaften.

Um verlässliche und vertrauenswürdige Messergebnisse zu erhalten, werden spezielle Referenzmaterialien und zuverlässige Messverfahren benötigt, die bisher kommerziell nicht verfügbar sind. Der Grund ist, dass in den etablierten chemischen Syntheseverfahren die genaue Größe der Eisenoxidkerne und ihre magnetischen Eigenschaften schwer einstellbar sind. Ein Hauptproblem ist das Fehlen geeigneter Messgeräte, mit denen die magnetischen Eigenschaften der MNP direkt während der Synthese oder zeitnah danach bestimmt werden können.

Das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme (IMM) hat ein Mikroreaktionssystem entwickelt, das eine Produktion von Nanopartikeln kontrollierter Partikelkerngröße im Labormaßstab erlaubt und somit eine der Grundvoraussetzungen zur Herstellung von Nano-Referenzmaterialien erfüllt. Die PTB unterstützt die Entwicklung dieses Produktionsverfahrens mit ihrer magnetischen Messtechnik. Um den umfangreichen Parameterraum der Synthesebedingungen (etwa Flussrate und Temperatur) systematisch und effektiv zu untersuchen, sollen anstelle sequenzieller Messungen an Einzelproben leistungsfähige Inline-Messverfahren zum Einsatz kommen. Dadurch soll die Herstellung von MNP mit wohldefinierten Größen und magnetischen Eigenschaften möglich werden.

Um diesem Ziel näher zu kommen, hat die PTB zusammen mit der Postnova Analytics GmbH im Rahmen des TransMeT-Programms einen Detektor zur magnetischen Inline- Prozesskontrolle entwickelt, der direkt während der Mikroreaktionssynthese eingesetzt werden kann. Dieses neue Messgerät soll zukünftig auch einem breiteren Anwenderkreis (z. B. für die Partikelsynthese, in der medizinischen Diagnostik oder Laboranalytik) für die schnelle und präzise Messung von MNP zur Verfügung stehen. Insbesondere soll auf diesem Weg die Herstellung zertifizierter Nano-Referenzmaterialien für MNP weiter vorangetrieben werden.

Das Programm "TransMeT" dient der Förderung von gemeinsamer vorwettbewerblicher Forschung und Entwicklung zwischen PTB und externen Partnern. Durch das Programm wird vorhandenes metrologisches Know-how der PTB für den Markt validiert, mit Blick auf breitere Verwertung weiterentwickelt, und durch einen Transfer in die Wirtschaft wird gleichzeitig ein Beitrag zur Stärkung der Forschungsbasis und Wettbewerbsfähigkeit insbesondere von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) geleistet. Im PTB-Web finden Sie die Opens internal link in current windowGrundsätze zum Programm und die hausinternen Ansprechpartner

Ansprechpartner

Norbert Löwa
Fachbereich 8.2
Biosignale
Telefon: (030) 3481-7736
Opens local program for sending emailnorbert.loewa(at)ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung

N. Löwa, D. Gutkelch, E. A. Welge, R. Welz, F. Meier, A. Baki, R. Bleul, T. Klein, F. Wiekhorst: Novel benchtop magnetic particle spectrometer for process monitoring of magnetic nanoparticle synthesis. Nanomaterials 10, 2277 (2020)