dc.contributor.author
Hofmann, Andreas
dc.date.accessioned
2018-06-07T17:08:00Z
dc.date.available
2010-06-02T11:26:39.353Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/3431
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-7631
dc.description.abstract
Im Rahmen dieser Arbeit wurden offene Fragestellungen aus dem Bereich
Nanomaterialien diskutiert und beantwortet. Die drei wesentlichen Motivationen
waren hierbei die Aufklärung der Spin-Eigenschaften von Fremdionen im
Kristallgitter von Halbleiternanopartikeln, die Nutzung von hydrophob-
stabilisierten Eisenoxidnanopartikeln für Anwendungen im medizinischen Bereich
sowie die regioselektive Oberflächenfunktionalisierung von Goldnanopartikeln
zur kontrollierten Verknüpfung einzelner Partikel. Zur Aufklärung der Spin-
Eigenschaften von Fremdionen im Kristallgitter von Halbleiterpartikeln wurden
Mn-dotierte ZnSe- und (CdSe-CdS)-Nanopartikel sowie MnSe/ZnSe Kern/Schale-
Partikel in einem Größenbereich von 2-7 nm und einem Mn-Konzentrationsbereich
von 0 bis <7% synthetisiert. Zur Aufklärung der lokale elektronische Struktur
und der magnetischen Eigenschaften der Mn-Dotanden wurde die Methode des
zirkularen magnetischen Röntgendichroismus genutzt. Für alle Partikelsysteme
konnte nachgewiesen werden, dass die Mn(2+)-Ionen im Partikelkern lokalisiert
und nicht oxidiert vorliegen. Im Falle der isotropen Dotierung (ZnSe:Mn) sind
die Mn(2+)-Ionen im Inneren der Quantenpunkte mit bis zu 90% des theoretisch
möglichen Wertes für einen reinen d5-Zustands polarisiert, so dass die sie als
isoliert betrachtet werden können. Demgegenüber erreicht die Polarisation im
Falle der Kern/Schale-Partikel <2 µB/Mn. Dies wird auf eine erhöhte Mn-Mn-
Wechselwirkung sowie auf die Ausbildung einer ZnSeMn-Zwischenphase zwischen
MnSe-Kern und ZnSe-Schale zurückgeführt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde
untersucht, inwieweit hydrophob stabilisierte Eisenoxidpartikel auf der
Oberfläche gezielt modifiziert werden können. Zunächst wurden hierzu
Hydroxamsäure-basierte Dendronliganden entwickelt, aufbauend auf denen es
möglich war, Ölsäure-geschützte Fe3O4-Partikel in einem
Ligandenaustauschprozess mit abgestufter elektrostatischer Stabilisierung zu
funktionalisieren. Auf diese Weise konnten in wässrigen und biologischen
Medien dispergierbare und biokompatible magnetische Eisenoxidpartikel
hergestellt werden. Es wurde gezeigt, dass mit Hilfe bestimmter
Dendronliganden nur geringfügig erhöhte hydrodynamische Durchmesser in Wasser
(21.4±0.4 nm) im Vergleich zu den Ölsäure-geschützten Partikeln in Chloroform
(15.8±0.3 nm) erhalten werden. Zusätzlich wurde anhand von Messungen der
Relaxivität gezeigt, dass sich die magnetischen Eigenschaften durch den
Ligandenaustausch nicht signifikant ändern. Der dritte Bereich der Arbeit
beschäftigte sich mit der Frage, inwieweit einzelne Nanopartikel
abstandskontrolliert zu kleinen Dimer- und Oligomerstrukturen verknüpft werden
können. Zur Lösung dieser Problemstellung wurden Methoden entwickelt,
Goldnanopartikel auf ihrer Oberfläche regioselektiv zu funktionalisieren, so
dass eine Verknüpfung der einzelnen Partikel gezielt erfolgen kann. Zur
anisotropen Funktionalisierung der Goldpartikel wurde ein Verfahren basierend
auf einer intermediären Anbindung an Glassubstrate genutzt. Anschließend wurde
untersucht, inwieweit sich die einseitig funktionalisierten Partikel definiert
zu kleinen Strukturen koppeln lassen. Dies wurde, basierend auf Amin- und
N-Hydroxysuccinimidester funktionalisierten Goldpartikeln, in Form von
Partikeldimeren erreicht.
de
dc.description.abstract
In this thesis, open questions in the field of nanomaterials are investigated
and answered. These topics are focused on the study of doping agents in the
crystal lattice of semiconductor nanoparticles, the use of oleic acid coated
iron oxide nanoparticles for applications in biological systems, and the
regioselective surface functionalization of gold nanoparticles for a
controlled linkage of single particles. In order to better understand the spin
properties of dopants in the core of semiconductor nanoparticles, Mn-doped
ZnSe and (CdSe-CdS) nanoparticles, as well as MnSe/ZnSe core shell particles
in a size range of 2-7 nm, were synthesized. The Mn-concentration was varied
between less than one to several tens of manganese ions per nanocrystal. X-ray
magnetic circular dichroism measurements were performed to study the local
electronic environment and the magnetic properties of the Mn(2+) dopants. For
all samples it is shown that the Mn(2+) ions only occur in the bulk of the
ZnSe nanoparticles and that there is no evidence for any manganese oxidation.
The magnetic ions are highly polarized inside the ZnSe:Mn nanocrystals,
reaching about 90% of the theoretical value of a pure d5 state. In contrast,
nanocrystals with a MnSe/ZnSe (core/shell) structure reach only <50% of this
value. Thus, their polarization is significantly hindered, which is due to
both the enhanced Mn-Mn interactions and a distorted crystalline lattice. In
the second part of this work, hydrophobically stabilized iron oxide
nanoparticles were functionalized with hydrophilic stabilizers to receive
biocompatible particles for magnet resonance imaging (MRI). First, various
hydroxamic acid based dendron ligands which differ in size and surface
polarity, were synthesized. Then, oleic acid capped Fe3O4 particles were
synthesized and modified in a ligand exchange process with these dendrons to
receive water dispersible, biocompatible, and well defined magnetic
nanoparticles. It is shown that iron oxide nanoparticles with selected
dendrons exhibit only a slightly increased hydrodynamic diameter of 21.4±0.4
nm in water compared to the diameter of the corresponding oleic acid capped
iron oxide particles. It is demonstrated by magnetic resonance studies that
the magnetic relaxivity is not significantly affected by the ligand exchange
process. In the third part of this work, various approaches for regioselective
surface functionalizations of individual gold nanoparticles are studied. This
is a key prerequisite for preparing small dimer and oligomer structures. The
approaches used for anisotropic functionalization of gold nanoparticles were
based on a solid phase synthesis of citrate stabilized gold particles on a
glass substrate. In the next step, different techniques for a linkage of the
anisotropically functionalized gold particles into small defined structures
are evaluated. A system containing mainly nanoparticle dimers was achieved by
using partially amine- and N-hydroxysuccinimid ester functionalized gold
particles.
en
dc.format.extent
X, 277, A11 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
ligand exchange
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie
dc.title
Synthese, Charakterisierung und selektive Oberflächenfunktionalisierung
strukturierter Nanopartikel
dc.contributor.contact
ah79@chemie.fu-berlin.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. E. Rühl
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. H. Baumgärtel
dc.date.accepted
2010-05-20
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000017682-7
dc.title.translated
Synthesis, characterization, and selective surface functionalization of
structured nanoparticles
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000017682
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000007661
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access