Analyse von Nanopartikeln

Nanopartikel sind aus dem täglichen Gebrauch nicht mehr wegzudenken, sie finden sich heute in einer Vielzahl von Anwendungen. So werden z.B. Gold-Nanopartikel in Kosmetik, Silber-Nanopartikel in antibakteriellen Pflastern, Titandioxid-Nanopartikel in Verpackungen oder organische Nanopartikel für medizinischen Applikationen eingesetzt. So vielfältig die Anwendungen der Nanopartikel sind, so vielfältig sind auch die Fragestellungen bei der Analyse von Nanopartikeln. Dabei stehen oftmals folgende Analyse-Aspekte im Vordergrund: Analyse der Partikelform, Analyse der Partikeloberfläche oder die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Nanopartikeln bei z.B. Core-Shell Nanopartikeln. Entsprechend der Fragestellung werden für die Analyse von Nanopartikeln im Labor der Tascon GmbH spezielle Techniken wie ToF-SIMS, XPS, LEIS oder REM genutzt. Folgendes Beispiel zeigt eine typische Anwendung der XPS bei der Analyse an Nanopartikeln, die für den pharmazeutischen Einsatz entwickelt wurden:

Insulin

Spray statt Spritze
Begleitende XPS Analytik zur Entwicklung neuer Darreichungsformen

Die perorale Aufnahme von Insulin wird als Alternative zur weit verbreiteten Injektion dieses Hormons entwickelt. Als Insulinträger eignen sich biologisch abbaubare Nanopartikel, die das Insulin umhüllen und dieses erst nach Erreichen des Blutkreislaufs freisetzen. Für die Wirksamkeit der peroralen Einnahme ist die Qualität der Nanohülle und die Menge des verkapselten Hormons von entscheidender Bedeutung. Daher wurden oberflächensensitive XPS-Untersuchungen in unserem Labor mit volumenanalytischen Methoden kombiniert, um qualitative und quanti­tative Aussagen über die Qualität der Insulin-Verkapselung zu erhalten.

Grundsätzlich liefern die unbeladenen Nanopartikel und das Insulin sehr ähnliche XPS-Spektren. Diese zeigen Signale der Hauptelemente C, O und N. Insulin kann im XPS-Spektrum jedoch anhand seiner charakteristischen Disulfidbrücke (Cys-S-S-Cys) von den verwendeten Nanopartikeln unterschieden werden, wie das S2p-Detailspektrum in obigem Bild zeigt. Aufgrund der Disulfidbrücken liefert das Insulin Signale mit einer S2p3/2-Bindungsenergie (BE) von 163.5 eV. Die ebenfalls nachgewiesenen SO32- / SO42- Bindungen (BE ca. 168 eV) können hingegen einer auf den Nanopartikeln vorliegenden Schwefelkomponente zugeordnet werden kann.

Mit der XPS gelingt aufgrund der Informationstiefe des Verfahrens eine quantitative Erfassung des Insulins in den obersten 10 nm eines Nanopartikels. Ein Vergleich mit den Resultaten einer Gesamt­volumen­bestimmung des Insulin­gehalts ermöglicht somit eine Abschätzung des Oberflächenanteils des Hormons.

Tabelle 1 zeigt exemplarisch Ergebnisse zweier Nanopartikel-Chargen. Während der Gesamt­insulinanteil beider Chargen nahezu identisch ist, belegen die XPS-Daten einen deutlich höheren Insulinanteil an der Oberfläche der Charge #2. Zudem kann der Insulinanteil dieser Charge durch Waschen erheblich reduziert werden. Dies deutet auf eine fehlerhafte oder unvollständige Verkapselung des Hormons hin. Entsprechende Nanopartikel sind als Träger von Insulin zur peroralen Aufnahme ungeeignet.

Tascon – Labor für die Analyse von Nanopartikeln

Arbeitet Ihr Unternehmen mit Nanopartikeln und benötigen Sie unsere Unterstützung für die Analyse von Nanopartikeln? Dann nehmen Sie einfach Kontakt zu Tascon auf und lassen Sie sich unverbindlich von uns beraten. Unser kompetentes und freundliches Team ist gerne für Sie da. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.

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