In situ bioconjugation of laser-generated gold nanoparticles for the rapid design of nanomarkers [Elektronische Ressource] / Svea Petersen

Svea Petersen

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• Publié par: gottfried_wilhelm_leibniz_universitat_hannover
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 86
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

In situ bioconjugation of laser-generated
gold nanoparticles for the rapid design of
nanomarkers




Von der Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
zur Erlangung des Grades

Doktorin der Naturwissenschaften
Dr. rer. nat.

genehmigte Dissertation
von

Svea Petersen (Master Sciences)
geboren am 23.07.1981 in Lübeck


2010 ii


















Referent
Prof. Dr. T. Scheper
Institut für Technische Chemie
Leibniz Universität Hannover

Korreferent
Prof. Dr. B. Hitzmann
Institut für Technische Chemie
Leibniz Universität Hannover

Tag der Promotion
21. Juli 2010 iii
























Die Neigung der Menschen,
kleine Dinge für wichtig zu halten,
hat sehr viel Großes hervorgebracht.
Georg Christoph Lichtenberg
(1742-1799) iv
























Meinen Elternv Danksagung
Danksagung

Ich möchte mich bei allen Personen bedanken, die zum Gelingen dieser Arbeit beige-
tragen haben.
Herzlichen Dank an Herrn Prof. Dr. Thomas Scheper für die Betreuung meiner Promo-
tionsarbeit. Ich danke ihm für das Interesse an meiner Arbeit.
Bei Herrn Prof. Dr. Bernd Hitzmann möchte ich mich für die freundliche Übernahme
des Korreferates und bei Frau PD Dr. Cornelia Kasper und Herrn Prof. Dr. Jürgen Al-
ves für die Abnahme der mündlichen Doktorprüfung bedanken.
Ein besonderer Dank geht an Herrn Dr. Stephan Barcikowski, ohne den diese Arbeit
niemals entstanden wäre. Ich danke ihm für die wundervolle Betreuung während der
gesamten Zeit am Laser Zentrum Hannover, außerdem für seine Ideen, zahlreiche
Fachdiskussionen und für alles, was ich durch ihn lernen durfte.
Ein Dank geht auch an das Laser Zentrum Hannover im Allgemeinen und Herrn Prof.
Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. mult. Dr. med. h.c. Heinz Haferkamp im Besonderen für die zu-
kunftsweisende, wissenschaftliche Förderung.
Ohne finanzielle Unterstützung wäre eine Anfertigung der Doktorarbeit nicht möglich
gewesen. In diesem Rahmen möchte ich mich ganz herzlich bei dem Exzellenz Cluster
REBIRTH, der NBank und der Masterrind GmbH bedanken.
Die Herstellung, Aufbereitung und Charakterisierung von Nanopartikel-Biokonjugaten
haben den Hauptteil meiner Arbeit ausgemacht und wären ohne so manche Techniken
und Analysengeräte nicht möglich gewesen. Herzlichen Dank an das Institut für Bio-
physikalische Chemie der Medizinischen Hochschule Hannover, dass ich ihre Zentrifu-
gen zur Aufreinigung der hergestellten Konjugate benutzen durfte. Besonders möchte
ich hierbei Prof. Dr. Claus Urbanke und PD Dr. Ute Curth für die wissenschaftliche Un-
terstützung danken sowie Falk Hartmann und Daniela Kathmann für die
umkomplizierte Termingestaltung.
Wichtig war auch die fachmännische Unterstützung von Niko Bärsch und Ana Menén-
dez Manjón bei der Justierung und weiteren Einstellungen des Lasersystems. Vielen
Dank!
Dank Kerstin Rohn (Institut für Pathologie, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover)
und Rainer Gebauer, die mir einen Einblick in die Welt der Elektronenmikroskopie ge-
geben haben, konnte ich meine Biokonjugate erst sichtbar machen. vi Danksagung
Ferner bedanke ich mich mich bei Dr. Mahnaz Ekhlasi-Hundrieser (Rinderklinik, Stif-
tung Tierärztliche Hochschule Hannover) für die Unterstützung bei der Peptidanalytik,
bei Dr. Willem Wolkers (Institut für Mehrphasenprozesse, Leibniz Universität Hanno-
ver) für die Benutzung und Einweisung in das FTIR sowie bei Dr. Florian Battermann
(Kleintierklinik, Stiftung Tierärztliche Hochschule) und Dr. Johanna Gabriela Walter
(Institut für Technische Chemie, Leibniz Universität Hannover) für die Möglichkeit das
Fluoreszenz-Spektrometer zu benutzen.
Ich danke allen Personen, die mir im Labor tatkräftig zur Seite gestanden haben: be-
sonders danke ich Arne Schnoor, Angelika Hörtinger, Aileen Mitschke, Annette
Barchanski, Udo Buchenau, Camilla Sehring und Naomi Hashimoto für ihren eifrigen
Einsatz. Weiterhin möchte ich Jurij Jakobi für die gute Labororganisation danken.
Einen wichtigen Stellenwert meiner Arbeit haben wissenschaftliche Kooperationen ein-
genommen, welche die interdisziplinäre Ausrichtung der Doktorarbeit erst möglich ge-
macht haben. Hervorheben möchte ich meine Projektpartnerinnen Dr. Ulrike Taylor
und Dr. Sabine Klein: es hat einfach Spaß gemacht mit euch zu arbeiten! Die zahlrei-
chen stundenlangen themenbezogenen - und auch nicht so themenbezogenen - Ge-
spräche haben mir immer neuen Aufwind gegeben. Ich habe viel durch unsere Zu-
sammenarbeit gelernt und hoffe ernsthaft, dass wir uns nicht aus den Augen verlieren.
Ein Dank geht auch an Prof. Dr. Detlef Rath, der uns immer wieder auf den Boden der
Tatsachen (das Projektziel) zurückgebracht hat.
Weiterhin danke ich allen Kooperationspartnern, die einen erheblichen Beitrag zu die-
ser Doktorarbeit geleistet haben: Jan Soller und Dr. Hugo Murua Escobar für die Un-
tersuchung der Interaktion der Gold Nanopartikel mit Plasmiden, Dr. Johanna Gabriela
Walter und Prof. Dr. Thomas Scheper für die Zusammenarbeit bezüglich der Biokonju-
gation von Aptameren, Annette Barchanski und Dr. Nils von Neuhoff für die Untersu-
chung der Zellpenetration der Peptid-konjugierten Nanopartikel und Dr. Csaba László
Sajti für die Untersuchungen zur Produktivitätssteigerung.
Ein herzlicher Dank geht auch an meine fleißigen Korrekturleser Niko Bärsch, Dennis
Makoschey, Christin Menneking, Johanna Runge und Ulrike Taylor, sowie an Sebas-
tian Latte für die Unterstützung bei der Formatierung.
Ferner bedanke ich mich bei allen Mitarbeitern des Laser Zentrums Hannover für die
nette und sehr angenehme Arbeitsatmosphäre. Vor allem geht mein Dank an die
Gruppe Nanomaterialien. Ihr habt die Zeit am LZH für mich zu etwas Besonderem ge-
macht!
Vielen Dank auch an meine super Bürokollegen Anne und Jurij! vii Danksagung
Nach der Promotion werde ich das LZH verlassen. Annette und László, ich bin froh,
dass Ihr die Arbeit fortsetzen werdet und wünsche Euch viel Erfolg. Haltet mich auf
dem Laufenden!
Ich danke allen meinen Freunden, die auf unterschiedlichste Weise zum Gelingen die-
ser Arbeit beigetragen haben, nicht nur meinen langjährigen Freunden, sondern auch
all denen, die hier in Hannover dazugekommen sind!
Danke, Sebastian, dass Du immer für mich da bist!
Zuletzt möchte ich mich bei meinen Eltern für ihre großartige Unterstützung bedanken,
mit der sie mich durch mein Leben begleiten, und ihnen als Dankeschön diese Arbeit
widmen. viii Contents
Contents
Preface ................................................................................................................................. 1
Abstract ................................................................................................................................ 4
Zusammenfassung .............................................................................................................. 5
1. Introduction and aims of the study ............................................................................... 6
2. State of the art ................................................................................................................ 9
2.1. Gold nanoparticles in biomedicine ............................................................................. 9
2.1.1. Optical properties ............................................................................................ 9
2.1.2. Cellular internalization ................................................................................... 11
2.1.3. Biocompatibility.............................................................................................. 12
2.2. Chemical preparation of gold nanoparticles ............................................................. 14
2.2.1. Citrate reduction ............................................................................................ 15
2.2.2. Gold cluster ................................................................................................... 16
2.2.3. Two phase synthesis and stabilization by thiol ligands................................... 16
2.3. Bioconjugation of chemically derived gold nanoparticles ......................................... 18
2.3.1. Electrostatic adsorption ................................................................................. 19
2.3.2. Thiol-mediated ligand exchange ....................................