Synthesefasern mit superparamagnetischen Nanopartikeln

Die Nanotechnologie entwickelt sich gegenwärtig mit enormem Wachstumspotential. Mit zunehmender Kenntnis über die Herstellungsprozesse von Nanopartikeln, ihrer Charakterisierung sowie der daraus resultierenden Anwendungsmöglichkeiten zeichnet sich ein Trend des Übergangs von der Nutzung relativ simpler nanoskalierter Partikel hin zur Entwicklung hoch komplex aufgebauter Nanopartikel ab, die oft neben ihrer Nanodimensionen zusätzlich gezielt funktionalisiert werden und für biomedizinische Anwendungen interessant sind. Ein derartiges komplexes Nanosystem stellen superparamagnetische Eisenoxidnanopartikel (SPION’s; Super Paramagnetic Iron Oxide Nanoparticles) dar. Sie sind prinzipiell biokompatibel und untoxisch und werden daher in der Medizin bspw. als Kontrastmittel für die Magnetresonanztomographie oder als Drug-Delivery-Systeme therapeutisch genutzt. Aufgabe des Forschungsvorhabens war es, die prinzipielle Synthese von SPION-Nanopartikeln im Labormaßstab zu erproben, deren Oberflächen mit bioaktiven Eigenschaften zu versehen und die Partikel als Zusatzstoffe für die Herstellung von Synthesefasern bereitzustellen. Dazu war ein modifizierter Schmelzspinnprozess zu etablieren, der eine effiziente Fertigung funktionalisierter Polymerfilamente ermöglicht.

Es konnte eine Methode zur labortechnischen Herstellung von SPION-Nanopartikeln als Polymer-Additive entwickelt werden. Die Synthese gelingt nach einem Co-Fällungsprozess gemischter Eisensalze in wässriger Lösung sowie einer in situ-Stabilisierung durch organische Coatings. Der angestrebte Partikelgrößenbereich von unter 30 nm wurde nachgewiesen. Die Gewinnung der SPION-Partikel als Polymeradditiv ist praktikabel. Die prinzipielle Verarbeitbarkeit der Entwicklungsprodukte wurde im kleintechnischen Maßstab mittels Folieextrusion und Faserspinnprozessen nachgewiesen. Untersuchungsergebnisse nach den biologischen Testverfahren ISO 22196 bzw. DIN 20743 belegen antibakterielle Oberflächeneigenschaften hergestellter Synthesefasermuster mit sehr guter Wirksamkeit. Zytotoxische Wirkungen wurden nicht gefunden. Darüber hinaus wurde an beispielhaft getesteten Faserproben nach DIN EN ISO 10993-4 kein hämolytisches Potential in vitro festgestellt.