Materialforschung

Nanoröhrchen verkürzen hebt Asbest-artige Pathogenität auf

Es kommt auf die Länge an: Chemische Funktionalisierung langer Kohlenstoffnanoröhren verkürzt deren effektive Länge und hebt ihre Asbest-artige Pathogenität auf

Kohlenstoffnanoröhren ähneln von ihrer Gestalt her Asbestfasern und leider scheinen lange, reine Nanoröhren auch eine ähnliche Pathogenität zu besitzen wie Asbest. Ein europäisches Forscherteam berichtet jetzt in der Zeitschrift Angewandte Chemie, dass chemische Modifizierungen, z.B. mit Tri(ethylenglycol), diese aufheben können, wenn die Röhrchenoberfläche dabei hydrophiler und die effektive Länge der Röhren verringert wird.

Kohlenstoffnanoröhrchen haben sich dank ihrer einzigartigen physikalischen, chemischen und elektronischen Eigenschaften zu einem der populärsten Nanomaterialien gemausert. Anwendungen finden sich z.B. in der Elektronik, der Verstärkung von Kunststoffen, aber auch im biomedizinischen Bereich, z.B. als Nanotransporter, die Wirkstoffe in Zellen schleusen. Für viele der Anwendungen, insbesondere im Bio-Bereich, ist es notwendig, die Oberfläche der winzigen Röhren zuvor chemisch zu verändern.

Eine großtechnische Produktion von Kohlenstoffnanoröhren könnte allerdings gesundheitliche Risiken bergen. So kamen Studien zum Ergebnis, dass mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren mit einer Länge von mehr als 20 µm genauso wie Asbestfasern Entzündungen und in der Folge Granulome, entzündungsbedingte, knotenartige Gewebeneubildungen, verursachen, da die Makrophagen unseres Immunsystems die langen Fasern nicht aufnehmen und entfernen können. Kürzere Kohlenstoffnanoröhrchen und solche mit bestimmten Oberflächenmodifizierungen zeigten in anderen Studien dagegen eine deutlich abgemilderte Toxizität.

Das Team um Maurizio Prato, Alberto Bianco und Kostas Kostarelos wollte nun wissen, welche Rolle chemische Modifizierungen bei der Behebung des Toxizitätsrisikos der Röhrchen spielen könnten. Die Wissenschaftler vom University College London (UK), vom CNRS in Straßburg (Frankreich) und der Università di Trieste (Italien) knüpften Kohlenwasserstoffketten bzw. Tri(ethylenglycol)-Ketten als Seitengruppen an die Oberfläche mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhrchen und testeten deren Wirkung. Sowohl die unbehandelten als auch die mit Kohlenwasserstoffketten versehenen Röhrchen verursachten bei Mäusen asbestartige Entzündungen und Granulome. Die Kohlenstoffnanoröhrchen mit den Tri(ethylenglycol)-Ketten dagegen nicht.

Die Unterschiede scheinen eine Frage der Aggregation zu sein, da diese die Länge der Röhrchenbündel beeinflusst: Wie Aufnahmen mit dem Transmissionselektronen- und dem Rasterkraftmikroskop belegen, wird die effektive Länge der Röhrchen während der Reaktion, bei der die Tri(ethylenglycol)-Ketten angeknüpft werden, verkürzt, da die einzelnen Röhrchen offenbar voneinander getrennt werden. Und so interagieren sie dann mit dem Gewebe in Form kürzerer, wesentlich hydrophilerer, vereinzelter Fasern. Die unmodifizierten Röhrchen und die mit unpolaren Kohlenwasserstoffen auf ihrer Oberfläche wechselwirken dagegen als längere Bündel einzelner Nanoröhrchen mit dem Gewebe. Die Forscher schließen, dass nur solche Modifikationen die toxikologischen Probleme lindern können, die zu einer Entwirrung der Röhrchen-Bündel führen.

Über den Autor

Alberto Bianco ist Forschungsdirektor am französischen Centre national de la recherche scientifique (CNRS). Seine Forschungsinteressen konzentrieren sich vor allem auf das Design und die Entwicklung chemisch funktionalisierter Kohlenstoff-Nanomaterialien für biomedizinische Anwendungen.

(Angewandte Chemie 2013)

Weiterführende Informationen:

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Marc Brümmer

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