M6 Oberflächenfunktionalisierung

Thema

Die Tatsache, dass diese Nanostruktur das hohe Oberflächen-Volumen-Verhältnis aufweist, das bereits in einem anderen Modell dieser Anordnung ermittelt wurde, bedeutet, dass die Wirkung jeglicher chemischer Oberflächenmodifikation – die in diesem Modell beschriebene Oberflächenfunktionalisierung – das Verhalten dieser Nanostruktur wesentlich stärker prägt als dieselbe chemische Modifikation ein vergleichbares Massenmaterial. Bei einem so hohen Anteil an Oberflächenatomen ist das, was genau an dieser Oberfläche geschieht, kein nebensächliches Detail mehr, sondern bestimmt maßgeblich das Gesamtverhalten dieser Nanostruktur. Das noch höhere Oberflächen-Volumen-Verhältnis verstärkt die Wirkung dieser Oberflächenfunktionalisierung zusätzlich.

Diese Oberflächenfunktionalisierung verankert eine spezifische Ligandendichte auf der Oberfläche der Nanostruktur. Diese Ligandendichte bestimmt zusammen mit der Oberfläche der Nanostruktur (die ein anderes Modell für diese Anordnung etabliert) die durch diese Oberflächenfunktionalisierung erreichte Gesamtligandenbedeckung: Je mehr Liganden pro Flächeneinheit verankert sind und je größer die Gesamtoberfläche der Nanostruktur ist, desto größer ist die Gesamtzahl der über ihre gesamte Oberfläche verankerten Liganden. Eine höhere Ligandenverankerungsdichte führt bei gleicher Oberfläche zu einer größeren Gesamtbeschichtung.

Dieses Modell, mit der Oberflächenfunktionalisierung und der Gesamtligandenbeschichtung, die es entwickelt hat, besagt daher, dass die Dicke der resultierenden Ligandenschicht – wenn diese Ligandenverankerungsdichte hoch genug ist, um benachbarte Liganden zu einer bürstenartigen Ausbreitung anstatt zu einer flachen Anordnung auf der Oberfläche zu zwingen – zwei unterschiedliche Konsequenzen steuert, die bereits von anderen Modellen dieser Gruppe beschrieben wurden: Zum einen verändert diese Ligandenschichtdicke direkt die effektive Reichweite der elektrostatischen Abstoßung, von der das DLVO-Potenzialgleichgewicht abhängt, und steuert somit die kolloidale Stabilität dieser Suspension sowie die Aggregation, die bei deren Instabilität auftritt. Zum anderen verändert dieselbe Ligandenschichtdicke die effektive Größe und Oberflächenenergie, die von einer Zellmembran wahrgenommen wird, und steuert somit die Biokompatibilität dieser Nanostruktur mit derselben Zellmembran. Die Tatsache, dass diese Oberflächenfunktionalisierung durch die Dicke dieser Ligandenschicht diese beiden sehr unterschiedlichen Ergebnisse gleichzeitig moduliert, macht sie in der Praxis zum wichtigsten Werkzeug, um das Verhalten dieser Nanostruktur gezielt anzupassen, ohne das Material, aus dem sie besteht, ändern zu müssen.

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