DE102006029021A1 - Nanoparticles and process for its preparation - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß ist u. a. ein Nanopartikel (10, 100, 300) vorgesehen, das sich dadurch auszeichnet, dass es einen ersten Partikelabschnitt (20, 120), bestehend aus einem ersten metallischen Material (M1), und einen vom ersten Partikelabschnitt räumlich getrennten zweiten Partikelabschnitt (30, 130), bestehend aus einem zweiten metallischen Material (M2), aufweist, wobei das erste und das zweite metallische Material unterschiedliche Redoxpotentiale aufweisen.According to the invention u. a. a nanoparticle (10, 100, 300) is provided, which is characterized in that it comprises a first particle section (20, 120) consisting of a first metallic material (M1) and a second particle section (30, 130) spatially separated from the first particle section ), consisting of a second metallic material (M2), wherein the first and the second metallic material have different redox potentials.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Nanopartikel. Unter dem Begriff „Nanopartikel" sind in diesem Zusammenhang Partikel bzw. Teilchen zu verstehen, die eine Partikelgröße von unter einem Mikrometer – in zumindest einer räumlichen Ausdehnung – aufweisen. Bekanntermaßen können Nanopartikel in unterschiedlichen Bereichen der Technik eingesetzt werden. Beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 199 34 167 A1 ist beschrieben, dass Nanopartikel bestehend aus Schwefel in Schmierstoffen, Kosmetika, der Pharmazie sowie im Pflanzenschutz eingesetzt werden.The The invention relates to nanoparticles. The term "nanoparticles" are in this context To understand particles or particles having a particle size of below one micrometer - in at least one spatial Expansion - exhibit. As is known, can Nanoparticles used in different fields of technology become. For example, in German Offenlegungsschrift 199 34 167 A1 is described as containing nanoparticles of sulfur in lubricants, cosmetics, pharmacy and crop protection be used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nanopartikel anzugeben, die über ihren Nanoteilchencharakter hinaus noch weitere Eigenschaften besitzen und sich damit für noch weitere Einsatzmöglichkeiten qualifizieren.Of the The invention has for its object to provide nanoparticles that over their Nanoparticle character also have other properties and thus for even more uses to qualify.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Nanopartikel mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Nanopartikels sind in Unteransprüchen angegeben.These The object is achieved by a Nanoparticles with the features according to claim 1 solved. advantageous Embodiments of the nanoparticle according to the invention are specified in subclaims.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Nanopartikel einen ersten Partikelabschnitt bestehend aus einem ersten metallischen Material und einen vom ersten Partikelabschnitt räumlich getrennten zweiten Partikelabschnitt bestehend aus einem zweiten metallischen Material aufweist. Erfindungsgemäß weisen das erste und das zweite metallische Material unterschiedliche Redoxpotentiale auf.After that is inventively provided that the nanoparticle has a first particle section consisting of a first metallic material and one of the first particle section spatial separate second particle section consisting of a second comprising metallic material. According to the invention, the first and the second metallic material has different redox potentials.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Nanopartikels ist darin zu sehen, dass dieses aufgrund der unterschiedlichen Redoxpotentiale der beiden Partikelabschnitte eine galvanische Zelle bildet, sobald es mit einem Elektrolyten in Kontakt tritt. Durch die Fähigkeit, eine galvanische Zelle zu bilden, weist das erfindungsgemäße Nanopartikel eine Vielzahl elektrochemischer Eigenschaften auf, die auf unterschiedlichen technischen Gebieten, beispielsweise im medizinischen Bereich, genutzt werden können. Zum Beispiel kann das erfindungsgemäße Nanopartikel eine antibakterielle Wirkung zeigen, wenn es im Zusammenwirken mit einem Elektrolyten zu einem Stromfluss zwischen den beiden Partikelabschnitten des Nanopartikels kommt. Abgesehen von einem Einsatz im medizinischen Bereich eignet sich das erfindungsgemäße Nanopartikel aufgrund seiner elektrochemischen Eigenschaften auch für andere Anwendungen, beispielsweise für die Innenbeschichtung von Kondensatorrohren, Wärmetauschern oder dergleichen. Auch ein Lotusblüteneffekt oder katalytische Wirkungen kann das erfindungsgemäße Nanopartikel bei geeigneter Wahl der Materialien zeigen.One An essential advantage of the nanoparticle according to the invention is therein to see that this is due to the different redox potentials the two particle sections forms a galvanic cell as soon as it comes in contact with an electrolyte. By the ability to form a galvanic cell, has the nanoparticle according to the invention a variety of electrochemical properties on different technical areas, for example in the medical field can be. For example, the nanoparticle of the present invention may have an antibacterial Show effect when combined with an electrolyte too a current flow between the two particle sections of the nanoparticle comes. Apart from a use in the medical field is suitable the nanoparticle according to the invention because of its electrochemical properties also for others Applications, for example the inner coating of condenser tubes, heat exchangers or the like. Also a lotus flower effect or catalytic effects, the nanoparticle according to the invention in a suitable Show choice of materials.

Die beiden metallischen Materialien werden vorzugsweise durch Reinstoffe wie chemische Elemente oder Metalllegierungen gebildet.The Both metallic materials are preferably pure substances formed like chemical elements or metal alloys.

Wird das Nanopartikel im Rahmen medizinischer Verfahren im menschlichen oder tierischen Körper eingesetzt, so wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Abgabe von Metallionen minimiert wird; denn freigesetzte Metallionen im menschlichen oder tierischen Körper können bei zu hoher Konzentration unter Umständen Schädigungen hervorrufen. Eine Ionenabgabe kann reduziert, zumindest deutlich verlangsamt werden, wenn der Unterschied der Redoxpotentiale zwischen den beiden Partikelabschnitten des Nanopartikels möglichst klein ist. Vorzugs weise werden die beiden metallischen Materialien so gewählt, dass die Differenz der Redoxpotentiale kleiner als 200 mV ist. Die Differenz der Redoxpotentiale entspricht der thermodynamisch treibenden Kraft für die Ionenabgabe. Die Ionenabgabe wird aber auch durch die kinetischen Eigenschaften der Oberfläche bestimmt, die das chemische Verhalten der Nanopartikel beeinflussen.Becomes the nanoparticles in the context of medical procedures in the human or animal body used, it is considered advantageous if the delivery minimized by metal ions; because released metal ions in the human or animal body can may cause damage if the concentration is too high. A Ion emission can be reduced, at least significantly slowed down, if the difference of the redox potentials between the two particle sections the nanoparticle as possible is small. Preference as the two metallic materials chosen so that the difference of the redox potentials is less than 200 mV. The Difference of the redox potentials corresponds to the thermodynamically driving Force for the Ion release. The ion emission is also due to the kinetic Properties of the surface determined which influence the chemical behavior of the nanoparticles.

Für den Einsatz der Nanopartikel als antibakterieller Wirkstoff im menschlichen oder tierischen Körper wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das unedlere metallische Material der beiden Partikelabschnitte durch Silber gebildet wird; denn Silber wirkt antibakteriell, insbesondere dann, wenn es zusammen mit Chlorionen eines Elektrolyten eine Silber-Chlorid-Schicht auf dem aus Silber bestehenden Partikelabschnitt bildet.For use the nanoparticle as an antibacterial agent in the human or animal body it is considered advantageous if the less noble metallic Material of the two particle sections is formed by silver; because silver has an antibacterial effect, especially when combined with chlorine ions of an electrolyte, a silver chloride layer on the silver particle section forms.

Um eine Abgabe von Silberionen in den menschlichen Körper zu vermeiden, sollte das andere metallische Material vorzugsweise nicht viel edler als Silber sein. Ein geeignetes Partnermaterial für Silber ist beispielsweise Palladium, das ein Redoxpotential von 0,92 V aufweist. Da Silber ein Redoxpotential von 0,8 V aufweist, ist die Differenz der beiden Redoxpotentiale mit ca. 120 mV relativ gering, so dass ein Austreten von Silberionen aus dem Silber-Partikelabschnitt sehr langsam erfolgt und/oder zumindest für eine gewisse Zeitspanne unterbunden wird, wenn sich auf dem Silber-Partikelabschnitt eine Silber-Chlorid-Schicht ausbilden kann.Around delivery of silver ions into the human body should preferably avoid the other metallic material to be much nobler than silver. A suitable partner material for silver is, for example, palladium, which has a redox potential of 0.92 V. having. Since silver has a redox potential of 0.8 V, the Difference of the two redox potentials with approx. 120 mV relatively low, allowing a leakage of silver ions from the silver particle section takes place very slowly and / or at least for a certain period of time, if there is a silver chloride layer on the silver particle section can train.

Insbesondere im Hinblick auf medizinische Anwendungen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Eigenschaft des Nanopartikels, eine galvanische Zelle zu bilden und elektrochemisch aktiv zu wirken, zeitlich begrenzt wird. Eine solche zeitliche Begrenzung lässt sich besonders einfach und damit vor teilhaft dadurch erreichen, dass zwischen dem ersten Partikelabschnitt und dem zweiten Partikelabschnitt des Nanopartikels ein dritter Partikelabschnitt aus einem Material angeordnet wird, das sich in einem Elektrolyten schneller auflöst, beispielsweise schneller korrodiert, als das erste und das zweite metallische Material. Sobald der dritte Partikelabschnitt vollständig korrodiert bzw. aufgelöst ist, werden der erste Partikelabschnitt und der zweite Partikelabschnitt voneinander getrennt und das Nanopartikel mechanisch aufgespalten, so dass die elektrochemische Eigenschaft, eine galvanische Zelle zu bilden, irreversibel verloren geht.In particular with regard to medical applications, it is considered advantageous if the property of the nanoparticle to form a galvanic cell and to act electrochemically active is limited in time. Such a time limit can be achieved in a particularly simple manner and thus advantageously by arranging a third particle section of a material between the first particle section and the second particle section of the nanoparticle, which dissolves faster in an electrolyte, for example, corrodes faster than the first and the second me tallish material. As soon as the third particle section is completely corroded or dissolved, the first particle section and the second particle section are separated from one another and the nanoparticle is mechanically split so that the electrochemical property of forming a galvanic cell is lost irreversibly.

Beispielsweise weist das dritte Material ein kleineres Redoxpotential als das erste und zweite metallische Material auf. Zeigt nämlich das dritte Material das niedrigste Redoxpotential, so wird es von den drei Materialien am schnellsten korrodieren und sich somit anschaulich betrachtet am schnellsten verbrauchen bzw. auflösen.For example the third material has a smaller redox potential than the first one and second metallic material. Shows that the third material that lowest redox potential, so it is from the three materials at corrode fastest and thus vividly viewed at consume or dissolve quickly.

Alternativ kann der dritte Partikelabschnitt auch aus einem nicht-metallischen Material bestehen, sofern sich dieses im Elektrolyten schneller auflöst oder korrodiert als das erste und das zweite Material.alternative The third particle section can also be made of a non-metallic material Material exist, if this faster in the electrolyte dissolves or corroded as the first and second materials.

Eine besonders große elektrochemische Wirksamkeit weisen kugelförmige Nanopartikel auf, da das Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen bei einer Kugelform maximal ist; es wird demgemäß als vorteilhaft angesehen, wenn der erste und der zweite Partikelabschnitt gegenüberliegende Kugelabschnitte eines kugelförmigen Nanopartikels bilden.A especially big electrochemical activity have spherical nanoparticles because The relationship between surface and volume is at a maximum spherical shape; it accordingly becomes advantageous considered when the first and the second particle section opposite Spherical sections of a spherical Form nanoparticles.

Auch andere räumliche Formen des Nanopartikels können gute elektrochemische Eigenschaften ausbilden. Besonders einfach und damit vorteilhaft lassen sich stabförmige Nanopartikel herstellen, wobei der erste und der zweite Partikelabschnitt vorzugsweise gegenüberliegende Stabenden des Nanopartikels bilden. Bezüglich der Abmessungen eines solchen stabförmigen Nanopartikels sei angemerkt, dass dieses, um ein Nanopartikel im Sinne der Erfindung zu bilden, in Stablängsrichtung durchaus länger als 1 Mikrometer sein kann, sofern der Stabdurchmesser kleiner als 1 Mikrometer bleibt.Also other spatial Forms of the nanoparticle can form good electrochemical properties. Especially easy and thus advantageously can be produced rod-shaped nanoparticles, wherein the first and second particle sections are preferably opposite ones Forming bar ends of the nanoparticle. Regarding the dimensions of such rod-shaped Nanoparticles should be noted that this is a nanoparticle in the To form the meaning of the invention, in rod longitudinal direction quite longer than 1 micrometer, provided the rod diameter is less than 1 Micrometer remains.

Im Hinblick auf eine zeitliche Begrenzung der Lebensdauer bzw. Wirksamkeit stabförmiger Nanopartikel wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zwischen den beiden Stabenden ein mittlerer Abschnitt – nachfolgend dritter stabförmiger Partikelabschnitt genannt – angeordnet wird, wobei für das Material des dritten stabförmigen Partikelabschnitts ein Material gewählt wird, dessen Redoxpotential kleiner ist als das des ersten und des zweiten Partikelabschnitts. Wie bereits erläutert führt ein solcher unedler Partikelabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Partikelabschnitt dazu, dass es zu einem Auftrennen des Nanopartikels kommt, sobald der dritte bzw. mittlere stabförmige Partikelabschnitt vollständig korrodiert ist. Falls die beiden Stabenden beispielsweise durch Silber und Palladium (oder Gold) gebildet werden, kann der mittlere Abschnitt beispielsweise aus Zink bestehen.in the With regard to a time limit on the service life or effectiveness rod-shaped Nanoparticles, it is considered advantageous if between the two bar ends a central portion - hereinafter called the third rod-shaped particle section - arranged is, where for the material of the third rod-shaped Particle section is selected a material whose redox potential smaller than that of the first and second particle sections. As already explained introduces such a base particle section between the first and the second Particle section causing it to split the nanoparticle comes as soon as the third or middle rod-shaped particle section completely corroded is. If the two bar ends, for example, by silver and Palladium (or gold) can be formed, the middle section for example, consist of zinc.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Herstellen eines Nanopartikels.The Invention relates to it in addition to a method of making a nanoparticle.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zum Herstellen des Nanopartikels zunächst ein Loch in einer Oberfläche eines Trägers bis zu einer vorgegebenen Tiefe mit einem ersten metallischen Material unter Bildung eines ersten Partikelabschnitts gefüllt wird. Anschließend wird der frei gebliebene obere Lochabschnitt zumindest zum Teil mit einem zweiten metallischen Material unter Bildung eines zweiten Partikelabschnitts ge füllt, wobei das erste und das zweite metallische Material unterschiedliche Redoxpotentiale aufweisen. Anschließend wird das fertig gestellte Nanopartikel vom Träger getrennt.According to the invention, it is provided that for producing the nanoparticle first a hole in a surface of a carrier to a predetermined depth with a first metallic material is filled to form a first particle section. Subsequently the free upper hole portion is at least partially with a second metallic material to form a second particle section filled, wherein the first and second metallic materials are different Have redox potentials. Then the finished Nanoparticles from the carrier separated.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass sich dieses sehr einfach durchführen lässt, da zur Herstellung der Nanopartikel lediglich Löcher in einem Substrat gefüllt werden müssen. Bezüglich der Vorteile, die sich aus den unterschiedlichen Redoxpotentialen ergeben, sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Nanopartikel verwiesen.One An essential advantage of the method according to the invention is to see that this can be done very easily, since for the production of Nanoparticles only holes filled in a substrate Need to become. In terms of the advantages that result from the different redox potentials, be on the above statements referenced in connection with the nanoparticle according to the invention.

Im Hinblick auf eine zeitliche Begrenzung der Wirksamkeit des Nanopartikels wird es als vorteilhaft angesehen, wenn auf dem über dem ersten Partikelabschnitt frei gebliebenen Lochabschnitt zunächst ein Zwischenmaterial – nachfolgend drittes Material genannt – unter Bildung eines dritten Partikelabschnitts aufgebracht wird. Anschließend wird auf das dritte Material das bereits erwähnte zweite metallische Material aufgetragen, so dass das erste Material und das zweite Material durch das dazwischen liegende dritte Material getrennt sind. Für den dritten Partikelabschnitt wird ein Material gewählt, das ein kleineres Redoxpotential aufweist als das erste und das zweite metallische Material.in the With regard to a time limit on the effectiveness of the nanoparticle it is considered advantageous if on the above the first particle section remained free hole section initially an intermediate material - below called third material - under Forming a third particle section is applied. Subsequently, will on the third material the already mentioned second metallic material applied, leaving the first material and the second material separated by the intermediate third material. For the third particle section is a material chosen which has a smaller redox potential than the first and the second metallic material.

Das Trennen der Nanopartikel vom Träger erfolgt vorzugsweise durch ein Ätzen des Trägers zumindest im Bereich der Oberfläche des Trägers.The Separation of the nanoparticles takes place from the carrier preferably by etching of the carrier at least in the area of the surface of the carrier.

Besonders bevorzugt wird eine Vielzahl an Nanopartikeln gleichzeitig erzeugt, indem als Träger ein eloxiertes Aluminiumsubstrat verwendet wird und indem in die Poren der Eloxalschicht des eloxierten Aluminiumsubstrats das Material der Nanopartikel eingefüllt wird.Especially Preferably, a multiplicity of nanoparticles is produced simultaneously, as a carrier Anodized aluminum substrate is used and put into the pores the anodizing layer of the anodized aluminum substrate the material filled in the nanoparticles becomes.

Vorzugsweise wird zum Trennen der Nanopartikel von dem Träger die Eloxalschicht des Aluminiumsubstrats weggeätzt. Ein solches Wegätzen kann beispielsweise unter Verwendung von Kali- oder Natronlauge erfolgen.Preferably For example, to separate the nanoparticles from the support, the anodized layer of the aluminum substrate etched away. Such an etching away can be done, for example, using potassium or sodium hydroxide.

Anstelle einer Eloxalschicht kann zum Herstellen der Nanopartikel auch eine poröse Polymerschicht verwendet werden, indem in die Poren der porösen Polymerschicht das Material der Nanopartikel eingefüllt wird. Das Abtrennen der Nanopartikel von der porösen Polymerschicht erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Polymerschicht zumindest oberflächenseitig aufgelöst oder weggeätzt wird.Instead of an anodizing layer can also be used to produce the nanoparticles porous Polymer layer can be used by placing in the pores of the porous polymer layer the material of the nanoparticles is filled. The separation of the Nanoparticles from the porous Polymer layer takes place, for example, characterized in that the polymer layer at least on the surface side disbanded or etched away becomes.

Eine poröse Polymerschicht lässt sich beispielsweise erzeugen, indem mit einem Laser oder einem Elektronenstrahl die entsprechenden Vertiefungen in die Oberfläche der Polymerschicht eingebrannt werden.A porous Polymer layer leaves For example, generate by using a laser or an electron beam the corresponding recesses burned into the surface of the polymer layer become.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigen beispielhaftThe Invention will be described below with reference to various embodiments explained in more detail; there show by way of example

1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes stabförmiges Nanopartikel mit zwei Partikelabschnitten, 1 An exemplary embodiment of a rod-shaped nanoparticle according to the invention with two particle sections,

2 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Nanopartikel mit einer Kugelform, 2 An exemplary embodiment of a nanoparticle according to the invention with a spherical shape,

3 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes stabförmiges Nanopartikel mit drei Partikelabschnitten und 3 an embodiment of an inventive rod-shaped nanoparticles with three particle sections and

4 einen Träger mit Löchern, anhand dessen ein Verfahren zum Erzeugen des in der 3 dargestellten stabförmigen Nanopartikels beispielhaft näher erläutert wird. 4 a carrier with holes, according to which a method for generating the in the 3 illustrated rod-shaped nanoparticle is exemplified in more detail.

In den 1 bis 4 werden für identische bzw. vergleichbare Komponenten der Übersichtlichkeit halber identische Bezugszeichen verwendet.In the 1 to 4 identical reference numerals are used for identical or comparable components for the sake of clarity.

In der 1 erkennt man ein stabförmiges Nanopartikel 10 mit einem ersten stabförmigen Partikelabschnitt 20, der aus einem ersten metallischen Material M1 besteht. An den ersten stabförmigen Partikelabschnitt 20 grenzt ein zweiter stabförmiger Partikelabschnitt 30 unmittelbar an, der aus einem zweiten metallischen Material M2 besteht.In the 1 one recognizes a rod-shaped nanoparticle 10 with a first rod-shaped particle section 20 consisting of a first metallic material M1. To the first rod-shaped particle section 20 adjoins a second rod-shaped particle section 30 directly on, which consists of a second metallic material M2.

Die beiden Materialien M1 und M2 sind derart gewählt, dass sich die Redoxpotentiale der beiden Materialien M1 und M2 unterscheiden. Nachfolgend wird beispielhaft davon ausgegangen, dass es sich bei dem ersten Material M1 des ersten Partikelabschnitts 20 um ein gegenüber dem zweiten Material M2 des zweiten Partikelabschnitts 30 unedleres Metall bzw. um eine unedlere Metalllegierung handelt.The two materials M1 and M2 are selected such that the redox potentials of the two materials M1 and M2 differ. In the following, it is assumed by way of example that the first material M1 of the first particle section 20 one opposite to the second material M2 of the second particle section 30 base metal or a less noble metal alloy.

Die Eigenschaft eines Metalls edel oder unedel zu sein, ergibt sich aus dem jeweiligen Redoxpotential bzw. der elektrochemischen Spannungsreihe; die nachfolgende beispielhafte und nicht abschließend gemeinte Liste mit für Nanopartikel geeigneten Metallen ist von unedel nach edel bzw. im Hinblick auf ansteigende Redoxpotentiale sortiert: Lithium –3 V Magnesium –2,4 V Aluminium –1,7 V Zink –0,8 V Silber +0,8 V Palladium +0,9 V The property of a noble or noble noble metal, resulting from the respective redox potential or the electrochemical voltage series; the following exemplary and non-exhaustive list of suitable metals for nanoparticles is sorted from base to noble or with regard to increasing redox potentials: lithium -3V magnesium -2.4V aluminum -1.7 V zinc -0.8 v silver +0.8V palladium +0.9 V

Ein insbesondere im Hinblick auf medizinische Anwendungen sehr geeignetes Material ist beispielsweise Silber, da Silber bzw. Silber-Ionen antibakteriell wirken. Demgemäß wird nachfolgend beispielhaft davon ausgegangen, dass Silber als das erste unedle Material M1 verwendet wird; denn das unedlere Material einer galvanischen Zelle kann in einem Elektrolyten Ionen nach außen abgeben.One particularly well suited for medical applications Material is silver, for example, silver or silver ions antibacterial effect. Accordingly, below By way of example, it is assumed that silver is considered the first base Material M1 is used; because the less noble material of a galvanic Cell can release ions in an electrolyte to the outside.

Bei dem zweiten Material M2 des zweiten Partikelabschnitts 30 handelt es sich demgemäß um ein edleres Metall, beispielsweise um Gold oder Palladium. Palladium besitzt ein Redoxpotential von 0,92 V, das dem des Silbers relativ ähnlich ist, so dass die Differenz D der Redoxpotentiale zwischen den beiden Materialien M1 (Silber) und M2 (Palladium) also nur D = 120 mV beträgt.In the second material M2 of the second particle section 30 it is accordingly a nobler metal, for example gold or palladium. Palladium has a redox potential of 0.92 V, which is relatively similar to that of silver, so that the difference D of the redox potentials between the two materials M1 (silver) and M2 (palladium) is only D = 120 mV.

Wird das Nanopartikel 10 gemäß 1 mit einem Elektrolyten in Kontakt gebracht, indem es beispielsweise in den menschlichen Körper eingeführt wird, so wird das Silbermaterial M1 mit Chlorionen des Elektrolyten, die in Körper- bzw. Zellflüssigkeiten des menschlichen Körpers stets vorhanden sind, reagieren, so dass sich auf dem ersten Partikelabschnitt 20 eine chemisch hochstabile Silber-Chlorid-Schicht bilden wird. Diese Silber-Chlorid-Schicht wird die Oberfläche des ersten Partikelabschnitts 20 von dem Elektrolyten trennen, so dass eine unmittelbare Abgabe von Silberionen aus dem ersten Partikelabschnitt 20 in den Elektrolyten hinein verhindert, zumindest jedoch stark verlangsamt wird. Durch die Bildung der Silber-Chlorid-Schicht auf der Oberfläche des ersten Partikelabschnitts 20 wird somit sichergestellt, dass es zu keiner unzulässig hohen Abgabe von Silberionen in den menschlichen Körper kommen kann. Trotzdem wird eine antibakterielle Wirkung erzielt, da die Silber-Chlorid-Schicht selbst bakterizid wirkt.Will the nanoparticle 10 according to 1 is brought into contact with an electrolyte, for example, by being introduced into the human body, the silver material M1 will react with chlorine ions of the electrolyte which are always present in body fluids of the human body, so that on the first particle portion 20 will form a chemically highly stable silver chloride layer. This silver chloride layer becomes the surface of the first particle section 20 separate from the electrolyte, so that an immediate release of silver ions from the first particle section 20 prevented in the electrolyte, but at least slowed down greatly. By forming the silver chloride layer on the surface of the first particle section 20 Thus, it is ensured that there can be no inadmissibly high release of silver ions in the human body. Nevertheless, an antibacterial effect is achieved because the silver-chloride layer itself is bactericidal.

Anstelle der beschriebenen Materialkombination Silber/Palladium können auch andere Materialkombinationen, insbesondere auf der Basis von Silber, verwendet werden, um eine antibakterielle Wirkung zu entfalten: Andere geeignete Materialkombinationen sind beispielsweise Silber-Platin, Silber-Ruthenium und Silber-Rhodium.Instead of The described combination of materials silver / palladium can also other combinations of materials, in particular based on silver, used to develop an antibacterial effect: Other suitable material combinations are, for example, silver-platinum, Silver ruthenium and silver rhodium.

Bei der Materialwahl sollte vorzugsweise beachtet werden, dass im Falle einer Verwendung von Silber das unedle Material der beiden Materialien M1 und M2 durch das Silber gebildet wird, damit es Ionen erzeugen und/oder die beschriebene Silber-Chloridschicht bilden kann. Außerdem sollte die Differenz der Redoxpotentiale nicht zu groß sein. Zu große Potentialdifferenzen erhöhen nämlich die Reaktionsfreude der galvanischen Zelle, so dass es zu einer zu schnellen Abgabe von Silber-Ionen kommen könnte, die für menschliche oder tierische Körper womöglich zu hoch ist. Vorzugsweise ist die Potentialdifferenz kleiner als 500 mV.When choosing the material should preferably be In the case of using silver, the base material of the two materials M1 and M2 is formed by the silver so that it can generate ions and / or form the described silver chloride layer. In addition, the difference in redox potentials should not be too large. Excessively large potential differences increase the reactivity of the galvanic cell, so that too fast a release of silver ions could occur, which may be too high for human or animal bodies. Preferably, the potential difference is less than 500 mV.

In der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Nanopartikel dargestellt. Im Unterschied zu dem Nanopartikel 10 gemäß 1 ist das Nanopartikel 100 gemäß 2 kugelförmig und wird durch zwei halbkugelförmige Partikelabschnitte 120 und 130 gebildet, die unterschiedliche Redoxpotentiale aufweisen: Dies bedeutet, dass eines der beiden Partikelabschnitte aus einem unedleren Material als der andere der beiden Partikelabschnitte besteht. Bezüglich der Materialauswahl für die beiden Partikelabschnitte 120 und 130 sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der 1 verwiesen.In the 2 a second embodiment of a nanoparticle is shown. Unlike the nanoparticle 10 according to 1 is the nanoparticle 100 according to 2 spherical and is characterized by two hemispherical particle sections 120 and 130 formed, which have different redox potentials: This means that one of the two particle sections consists of a less noble material than the other of the two particle sections. Regarding the material selection for the two particle sections 120 and 130 be on the above statements in connection with the 1 directed.

In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Nanopartikel gezeigt. Dieses Nanopartikel ist mit dem Bezugs zeichen 300 gekennzeichnet und ebenso wie das Nanopartikel 10 gemäß der 1 stabförmig. Im Unterschied zu dem Nanopartikel gemäß 1 ist bei dem Nanopartikel 300 gemäß 3 zwischen dem ersten stabförmigen Partikelabschnitt 20 und dem zweiten stabförmigen Partikelabschnitt 30 ein dritter stabförmiger Partikelabschnitt 310 vorhanden, der den ersten Partikelabschnitt von dem zweiten Partikelabschnitt 30 trennt.In the 3 is shown a further embodiment of a nanoparticle. This nanoparticle is with the reference sign 300 and as well as the nanoparticle 10 according to the 1 rod-shaped. Unlike the nanoparticle according to 1 is at the nanoparticle 300 according to 3 between the first rod-shaped particle section 20 and the second rod-shaped particle portion 30 a third rod-shaped particle section 310 present, the first particle portion of the second particle section 30 separates.

Der dritte Partikelabschnitt besteht aus einem Material M3, das sich in einem Elektrolyten schneller auflöst, insbesondere schneller korrodiert, als die beiden Partikelabschnitte 10 und 20; ein solches schnelleres Auflösen bzw. eine solche schnellere Korrosion wird beispielsweise dadurch erreicht, dass für den dritten Partikelabschnitt 310 ein Material M3 verwendet wird, das ein kleineres Redoxpotential aufweist als die beiden metallischen Materialien M1 und M2 der beiden Partikelabschnitte 20 und 30. Werden für die beiden Materialien M1 und M2 Silber (Redoxpotential: +0,8 V) und Palladium (Redoxpotential: +0,92 V) verwendet, so sollte das Material M3 also ein Redoxpotential unter +0,8 V aufweisen; geeignet ist beispielsweise Zink mit einem Redoxpotential von –0,8 V.The third particle section consists of a material M3, which dissolves faster in an electrolyte, in particular more rapidly corroded, than the two particle sections 10 and 20 ; such a faster dissolution or such a faster corrosion is achieved, for example, that for the third particle section 310 a material M3 is used, which has a smaller redox potential than the two metallic materials M1 and M2 of the two particle sections 20 and 30 , If silver (redox potential: +0.8 V) and palladium (redox potential: +0.92 V) are used for the two materials M1 and M2, then the material M3 should have a redox potential below +0.8 V; For example, zinc with a redox potential of -0.8 V is suitable.

Alternativ kann der dritte Partikelabschnitt 310 auch aus einem nicht-metallischen Material M3 bestehen, sofern sich dieses im Elektrolyten schneller auflöst oder korrodiert als die beiden Materialien M1 und M2.Alternatively, the third particle section 310 also consist of a non-metallic material M3, provided that it dissolves or corrodes faster in the electrolyte than the two materials M1 and M2.

Wird nun das Nanopartikel 300 gemäß 3 in einen Elektrolyten eingeführt, so bildet es für eine gewisse Zeit eine galvanische Zelle, da die beiden äußeren Partikelabschnitte 20 und 30 unterschiedliche Redoxpotentiale aufweisen.Will now be the nanoparticles 300 according to 3 introduced into an electrolyte, so it forms a galvanic cell for a certain time, since the two outer particle sections 20 and 30 have different redox potentials.

Aufgrund der auftretenden Korrosion des dritten Materials M3 wird sich der dritte Partikelabschnitt 310 im Elektrolyten langsam auflösen, so dass nach vollständiger Korrosion die beiden Partikelabschnitte 20 und 30 des Nanopartikels 300 voneinander getrennt werden; dies ist in der 3 ebenfalls schematisch angedeutet. Mit dem Auftrennen der beiden Partikelabschnitte 20 und 30 verliert das Nanopartikel 300 seine elektrochemischen Eigenschaften und ist nicht mehr in der Lage, eine galvanische Zelle zu bilden. Das Nanopartikel 300 ist somit nach der Korrosion des dritten Partikelabschnitts 310 wirkungslos.Due to the occurring corrosion of the third material M3, the third particle section 310 slowly dissolve in the electrolyte, so that after complete corrosion, the two particle sections 20 and 30 of the nanoparticle 300 be separated from each other; this is in the 3 also indicated schematically. With the separation of the two particle sections 20 and 30 loses the nanoparticle 300 its electrochemical properties and is no longer able to form a galvanic cell. The nanoparticle 300 is thus after the corrosion of the third particle section 310 ineffective.

Die Funktion des dritten Partikelabschnitts 310 besteht also darin, die Lebensdauer bzw. Funktionszeit des Nanopartikels 300 zu begrenzen. Eine solche zeitliche Begrenzung ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn das Nanopartikel im menschlichen Körper eingesetzt werden soll. Werden beispielsweise in den menschlichen Körper Nanopartikel injiziert, bei denen der erste oder zweite Partikelabschnitt aus Silber besteht, so wird durch den dritten Partikelabschnitt sichergestellt, dass die Anzahl an Silberionen, die aufgrund der elektrochemischen Eigenschaften des Nanopartikels 300 in den menschlichen Körper gelangen können, begrenzt wird; denn sobald die beiden Partikelabschnitte 20 und 30 voneinander getrennt sind, wird keine galvanische Zelle mehr gebildet und der Silber-Partikelabschnitt kann keine Silberionen mehr in den menschlichen Körper abgeben.The function of the third particle section 310 This is the lifetime of the nanoparticle 300 to limit. Such a time limit is advantageous, for example, if the nanoparticle is to be used in the human body. If, for example, nanoparticles are injected into the human body in which the first or second particle section consists of silver, then the third particle section ensures that the number of silver ions which, due to the electrochemical properties of the nanoparticle 300 into the human body, is limited; because as soon as the two particle sections 20 and 30 are separated from each other, no galvanic cell is formed and the silver particle section can no longer release silver ions into the human body.

Im Zusammenhang mit der 4 soll nun erläutert werden, wie sich stabförmige Nanopartikel bzw. Nanonadeln, wie sie beispielsweise in der 3 gezeigt sind, herstellen lassen.In connection with the 4 will now be explained how rod-shaped nanoparticles or nanopipes, as they are for example in the 3 are shown, can be produced.

In einem ersten Herstellungsschritt wird in Löcher 410 eines Trägers 400 das erste metallische Material M1 eingefüllt, so dass sich in einem unteren Lochbereich 420 für jeden der herzustellenden Nanopartikel 300 der erste Partikelabschnitt 20 ausbildet.In a first manufacturing step is in holes 410 a carrier 400 filled in the first metallic material M1, so that in a lower hole area 420 for each of the nanoparticles to be produced 300 the first particle section 20 formed.

In einem zweiten Herstellungsschritt wird der dritte Partikelabschnitt 310 des Nanopartikels 300 gemäß 3 hergestellt, indem das Material M3 in einen mittleren Lochbereich 430 der Löcher 410 eingeführt wird.In a second production step, the third particle section 310 of the nanoparticle 300 according to 3 made by placing the material M3 in a central hole area 430 the holes 410 is introduced.

In einem nachfolgenden Herstellungsschritt werden die Löcher 410 im oberen Lochbereich 440 mit dem Material M2 des zweiten Partikelabschnitts 30 gemäß 3 gefüllt, so dass in den Löchern 410 die fertigen Nanopartikel 300 enthalten sind.In a subsequent manufacturing step, the holes become 410 in the upper hole area 440 with the material M2 of the second particle section 30 according to 3 filled so that in the holes 410 the finished nanoparticles 300 are included.

Um die Nanopartikel 300 aus den Löchern 410 zu entfernen, kann die Oberfläche 450 des Trägers 400 beispielsweise weggeätzt werden; alternativ kann der Träger 400 insgesamt weggeätzt oder aufgelöst werden.To the nanoparticles 300 from the holes 410 can remove the surface 450 of the carrier 400 be etched away, for example; Alternatively, the carrier 400 be etched or dissolved altogether.

Das im Zusammenhang mit der 4 erläuterte Verfahren kann beispielsweise mit einem Aluminiumsubstrat 500 durchgeführt werden, auf dem zunächst eine Eloxalschicht 510 gebildet wird. Eloxalschichten weisen eine Vielzahl an Poren mit sehr hohem Aspektverhältnis auf. Die Porentiefe beträgt bei Eloxalschichten typischerweise 30 μm bei einem Poren- bzw. Lochdurchmesser von nur 15 nm. Die Poren der Eloxalschicht 510 bilden demgemäß die Löcher 410, in denen sich die Nanopartikel 300 bilden lassen.That in connection with the 4 explained method can, for example, with an aluminum substrate 500 be carried out on the first anodized 510 is formed. Eloxal layers have a multiplicity of pores with a very high aspect ratio. The pore depth in anodized coatings is typically 30 μm with a pore or hole diameter of only 15 nm. The pores of the anodized layer 510 form the holes accordingly 410 in which are the nanoparticles 300 let form.

Das Herauslösen der Nanopartikel aus der Eloxalschicht 510 erfolgt vorzugsweise durch ein Wegätzen der Eloxalschicht mit Hilfe von Kalilauge oder Natronlauge.The dissolution of the nanoparticles from the anodizing layer 510 is preferably carried out by etching away the anodized layer with the aid of potassium hydroxide or sodium hydroxide solution.

Alternativ kann als Träger 400 auch ein Polymersubstrat verwendet werden, das oberflächenseitig beispielsweise mit einem Elektronenstrahl bearbeitet wird, um die Löcher bzw. Poren 410 zu bilden.Alternatively, as a carrier 400 It is also possible to use a polymer substrate which is processed on the surface side, for example with an electron beam, around the holes or pores 410 to build.

Das Herauslösen der Nanopartikel 300 aus einem porösen Polymersubstrat erfolgt vorzugsweise durch Auflösen des gesamten Polymersubstrats mit einer geeigneten Ätzlösung oder einem geeigneten Lösungsmittel.The dissolution of the nanoparticles 300 from a porous polymer substrate is preferably carried out by dissolving the entire polymer substrate with a suitable etching solution or a suitable solvent.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4 wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die Löcher 410 vollständig gefüllt werden. Alternativ kann auch nur ein unterer Abschnitt der Löcher 410 zur Herstellung der Nanopartikel 300 herangezogen werden, der obere Abschnitt der Löcher 410 bleibt dann leer.In the embodiment according to the 4 By way of example, it is assumed that the holes 410 be completely filled. Alternatively, only a lower portion of the holes 410 for the production of nanoparticles 300 be used, the upper section of the holes 410 then stays empty.

Claims (12)

Nanopartikel (10, 100, 300), dadurch gekennzeichnet, dass – das Nanopartikel (10, 100, 300) einen ersten Partikelabschnitt (20, 120) bestehend aus einem ersten metallischem Material (M1) und einen vom ersten Partikelabschnitt räumlich getrennten zweiten Partikelabschnitt (30, 130) bestehend aus einem zweiten metallischen Material (M2) aufweist, – wobei das erste und das zweite metallische Material unterschiedliche Redoxpotentiale aufweisen.Nanoparticles ( 10 . 100 . 300 ), characterized in that - the nanoparticle ( 10 . 100 . 300 ) a first particle section ( 20 . 120 ) consisting of a first metallic material (M1) and a second particle portion spatially separated from the first particle portion ( 30 . 130 ) comprising a second metallic material (M2), wherein the first and the second metallic material have different redox potentials. Nanopartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Partikelabschnitt und dem zweiten Partikelabschnitt ein dritter Partikelabschnitt (310) vorhanden ist, der aus einem dritten Material (M3) besteht, das sich in einem Elektrolyten schneller auflöst als das erste und das zweite metallische Material.Nanoparticle according to claim 1, characterized in that between the first particle portion and the second particle portion, a third particle portion ( 310 ) consisting of a third material (M3) which dissolves faster in an electrolyte than the first and second metallic materials. Nanopartikel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanopartikel (100) kugelförmig ist, wobei der erste und der zweite Partikelabschnitt gegenüberliegende Kugelabschnitte (120, 130) des Nanopartikels bilden.Nanoparticle according to one of the preceding claims, characterized in that the nanoparticle ( 100 ) is spherical, wherein the first and the second particle section opposite ball sections ( 120 . 130 ) of the nanoparticle. Nanopartikel nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanopartikel (100, 300) stabförmig ist, wobei der erste und der zweite Partikelabschnitt jeweils ein Stabende des Nanopartikels bilden.Nanoparticles according to one of the preceding claims 1 to 2, characterized in that the nanoparticle ( 100 . 300 ) is rod-shaped, wherein the first and the second particle portion each form a rod end of the nanoparticle. Nanopartikel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Stabenden ein dritter stabförmiger Partikelabschnitt (310) angeordnet ist, wobei sich das Material des dritten stabförmigen Partikelabschnitts in einem Elektrolyten schneller auflöst als das der beiden Stabenden.Nanoparticle according to claim 4, characterized in that between the two rod ends a third rod-shaped particle section ( 310 ), wherein the material of the third rod-shaped particle portion dissolves faster in an electrolyte than that of the two rod ends. Verfahren zum Herstellen eines Nanopartikels (10, 100, 300) dadurch gekennzeichnet, – ein Loch (410) in einer Oberfläche (450) eines Trägers (400) bis zu einer vorgegebenen Tiefe mit einem ersten metallischen Material (M1) unter Bildung eines ersten Partikelabschnitts (20) gefüllt wird, – dass der darüber freigebliebene obere Lochabschnitt (430, 440) zumindest zum Teil mit einem zweiten metallischen Material (M2) unter Bildung eines zweiten Partikelabschnitts (30) gefüllt wird, wobei das erste und das zweite metallische Material unterschiedliche Redoxpotentiale aufweisen und – dass der Träger (400) von dem fertig gestellten Nanopartikel anschließend getrennt wird.Method for producing a nanoparticle ( 10 . 100 . 300 ) characterized - a hole ( 410 ) in a surface ( 450 ) of a carrier ( 400 ) to a predetermined depth with a first metallic material (M1) to form a first particle portion ( 20 ) is filled, - that the above open upper hole section ( 430 . 440 ) at least in part with a second metallic material (M2) to form a second particle section ( 30 ), wherein the first and the second metallic material have different redox potentials and - that the carrier ( 400 ) is subsequently separated from the finished nanoparticle. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, – dass auf dem über dem ersten Partikelabschnitt freigebliebenen Lochabschnitt (430) zunächst ein drittes Material (M3) unter Bildung eines dritten Partikelabschnitts (310) aufgebracht wird und – dass das zweite metallische Material (M2) auf dem dritten Material (M3) aufgetragen wird, – wobei das dritte Material derart gewählt wird, dass es sich in einem Elektrolyten schneller auflöst als das erste und das zweite metallische Material.A method according to claim 6, characterized in that - on the over the first particle section left free hole section ( 430 ) first a third material (M3) to form a third particle section ( 310 ) and that the second metallic material (M2) is applied to the third material (M3), the third material being chosen such that it dissolves more rapidly in an electrolyte than the first and the second metallic material. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 6–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger von dem Nanopartikel getrennt wird, indem der Träger zumindest im Bereich seiner Oberfläche geätzt wird.Method according to one of the preceding claims 6-7, characterized characterized in that the carrier is separated from the nanoparticles by the carrier at least in the region of surface etched becomes. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl an Nanopartikeln erzeugt wird, indem als Träger ein eloxiertes Aluminiumsubstrat (500) verwendet wird und indem in die Poren (410) der Eloxalschicht (510) des eloxierten Aluminiumsubstrats das Material der Nanopartikel eingefüllt wird.Method according to one of the preceding claims 6-8, characterized in that a plurality of nanoparticles is produced by using as support an anodized aluminum substrate ( 500 ver is applied and in the pores ( 410 ) of the anodizing layer ( 510 ) of the anodized aluminum substrate, the material of the nanoparticles is filled. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trennen der Nanopartikel von dem Träger die Eloxalschicht des Aluminiumsubstrates weggeätzt wird.Method according to claim 9, characterized in that in that for separating the nanoparticles from the support, the anodized layer of the aluminum substrate etched becomes. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl an Nanopartikeln erzeugt wird, indem als Träger eine poröse Polymerschicht verwendet wird und indem in die Poren der Polymerschicht das Material der Nanopartikel eingefüllt wird.Method according to one of the preceding claims 6-8, characterized characterized in that a multiplicity of nanoparticles is produced, as a carrier a porous one Polymer layer is used and put into the pores of the polymer layer the material of the nanoparticles is filled. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trennen der Nanopartikel von dem Träger die Polymerschicht zumindest oberflächenseitig aufgelöst wird.Method according to claim 11, characterized in that in that for separating the nanoparticles from the carrier, the polymer layer at least surface side disbanded becomes.