Entwicklung einer biofunktionalen Beschichtung für mit Silber dotierte Titandioxid-Nanopartikel

• Main Author: Seidenspinner, Amelie Maria
• Format: Doctoral Thesis
• Language: deu
• Published: 2020
• Subjects: Titandioxid; Nanopartikel; Beschichtung; ddc:610
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/20510; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-205100; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-205100; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/20510/Seidenspinner_Amelie_Dissertation.pdf

Ziel dieser Arbeit war es, eine erfolgreiche Beschichtung der verschiedenen TiO2 Nanopartikel mit aufsteigendem Silberanteil herzustellen, um eine ausgeprägte Stabilisierung und Biokompatibilität der Partikel zu erreichen. Anschließend wurde ihre Wirkung gegenüber gesunden Zellen und Tumorzellen anhand von Zellversuchen untersucht. Zunächst mussten die TiO2 Aggregate nach ihrer Redispergierung in Wasser, Toluol oder Tris Base gespalten werden, damit anschließend eine kontrollierte Beschichtung einzelner Nanopartikel durchgeführt werden konnte. Der Einfluss von Ultraschall in Form einer zweiminütigen Ultraschalltipbehandlung lieferte hierbei die niedrigsten Partikelgrößen in der DLS-Messung. Die Beschichtungen wurden mit APTES, Dopamin und PEG-SH unter Einfluss von unterschiedlichen Ultraschalltipzeiten, Konzentrationen, Temperaturen, pH-Werten, Salzen sowie verschiedenen Magnetrührtechniken und Waschprozessen entwickelt. Durch die Charakterisierungsmethoden via dynamischer Lichtstreuung, Zetapotentialmessung, Infrarotspektroskopie, REM und STEM wurde jede Beschichtung analysiert und auf diese Weise ihre optimale Herstellungsmethode erarbeitet. Schlussendlich wurde der Einfluss unbeschichteter sowie mit APTES, PDA und PEG-SH beschichteter TiO2 Nanopartikel mit steigendem Silberanteil anhand gesunder Zellen und Tumorzellen in vitro untersucht. Die Zellen wurden für 24 h mit den Partikeln inkubiert und anschließend mittels Durchflusszytometrie charakterisiert. Generell wurde nur eine geringfügige Auswirkung der Partikel auf die Zellen beobachtet. Die in der Literatur beworbene Aussage, dass silberdotierte TiO2 in der Lage sind, entartete Zellen zu töten, während gesunde Zellen ausgespart werden, konnte nicht bestätigt werden. Dennoch besaßen einige Faktoren einen Einfluss auf die Vitalität und Zellzahl. So spielte der steigende Silberanteil bei den Zellen eine Rolle, die einen Effekt auf die TiO2 Nanopartikel zeigten. Mit steigendem Ag-Anteil sanken Zellzahl und Vitalität stärker. Auch eine ansteigende Konzentration der beschichteten Partikel wirkte sich positiv auf das Absinken der Zellzahl aus. Besonders die adhärent wachsende Tumorzelllinie Panc02 zeigte sich sensibel gegenüber den beschichteten und unbeschichteten Partikeln. Die Beschichtung, welche die größte Auswirkung auf die Zellzahl- und Vitalitätsminderung der Zellen hatte, war eindeutig die PDA-Beschichtung. === The aim of this work was to produce a successful coating of the various TiO2 nanoparticles with an increasing proportion of silver in order to achieve a pronounced stabilization and biocompatibility of the particles. Subsequently, their effects on healthy cells and tumor cells were examined using cell experiments. First, the TiO2 aggregates had to be cleaved after they were redispersed in water, toluene or Tris base so that a controlled coating of individual nanoparticles could then be carried out. The influence of ultrasound in the form of a two-minute ultrasound tip treatment provided the lowest particle sizes in the DLS measurement. The coatings were developed with APTES, dopamine and PEG-SH under the influence of different ultrasonic tip times, concentrations, temperatures, pH values, salts as well as various magnetic stirring techniques and washing processes. With the characterization methods via dynamic light scattering, zeta potential measurement, infrared spectroscopy, SEM and STEM, each coating was analyzed and in this way the optimal manufacturing method was developed. Finally, the influence of uncoated and APTES, PDA and PEG-SH coated TiO2 nanoparticles with increasing silver content was examined in vitro using healthy cells and tumor cells. The cells were incubated with the particles for 24 h and then characterized by flow cytometry. In general, only a minor effect of the particles on the cells was observed. The statement advertised in the literature that silver doped TiO2 is able to kill degenerate cells while sparing healthy cells could not be confirmed. However, some factors had an impact on vitality and cell count. The increasing proportion of silver in the cells played a role, which had an effect on the TiO2 nanoparticles. The cell count and vitality decreased more with increasing Ag content. An increasing concentration of the coated particles also had a positive effect on the decrease in the number of cells. In particular, the adherently growing tumor cell line Panc02 was sensitive to the coated and uncoated particles. The coating that had the greatest impact on cell count and vitality loss was clearly the PDA coating.