Nanopartikelsynthese und Charakterisierung

Reproduzierbare Qualität dank kontinuierlicher Syntheseprozesse

Nanopartikel aus anorganischen und organischen/polymeren Materialien besitzen einzigartige Eigenschaften, die bereits in diversen Anwendungen der Materialwissenschaften und der Life Sciences demonstriert wurden. Dazu gehören Beschichtungen, Klebstoffe, Polymere, Katalyse, Papier, Aufbau- und Verbindungstechnik, Textilien, Nahrungsmittel, Kosmetik- und Pharmazieprodukte. Bei der Synthese von Nanopartikeln ist eine hohe Reproduzierbarkeit eines der wichtigsten Ziele. Materialeigenschaften und damit Produktqualität hängen oft unmittelbar von der Partikelgröße und der Größenverteilung ab. Während die Reproduzierbarkeit eine der größten Herausforderungen in der klassischen Batch-Synthese ist, kann die kontinuierliche Synthese durch eine Reihe inhärenter Vorteile dieses Problem eliminieren und so Zugang zu qualitativ hochwertigen, uniformen Partikeln ermöglichen. Wir entwickeln für verschiedene Nanopartikelsysteme modulare Reaktoren zur Nutzung mit kontinuierlichen Syntheserouten, wie z. B. Flüssigphasen-Reaktionen mit schnellem Mischen und wenn erforderlich bei hohen Temperaturen, z.B. bis 400 °C. Kernstück des Aufbaus sind unsere mikrofluidischen Mischer in Verbindung mit temperatur-kontrollierten Reaktionszonen. Eingebundene online Prozessanalytik liefert wertvolle Informationen über kritische Produktparameter und erlaubt so eine Echtzeit-Qualitätskontrolle.

Wir optimieren und etablieren kontinuierliche Syntheseprozesse für Nanopartikel nach Wunsch unserer Kunden.

Ihr Vorteil

  • Demonstrierte Skalierbarkeit durch internes Scale-up, Parallelisierung und externes Numbering-up,
  • exakte Kontrolle von Prozessparametern wie Flussrate und Temperatur,
  • Partikelgrößen je nach Material von wenigen Nanometern bis einigen Mikrometern,
  • Spezialisierung in der Bulk- und Online-Analyse von Nanomaterialien.

Unsere Erfolgsfaktoren

  • Langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der chemischen Mikroverfahrenstechnik sowie in Design und Aufbau von kontinuierlichen chemischen Prozessen der Durchflusschemie,
  • Erweiterung des Anwendungsbereichs unserer Materialien durch hydrophile oder hydrophobe Oberflächenfunktionalisierung,
  • Methodenvielfalt in der Charakterisierung von Nanopartikeln, z. B. Elektronenmikroskopie, dynamische Lichtstreuung, statische Lichtstreuung, analytische Zentrifugation, optische Spektroskopie (Transmission, Absorption, Fluoreszenz, Thermo FTIR), Strömungs- bzw. Zeta-Potential.

Wir geben Ihren Partikeln die gewünschte Eigenschaft, sei es Fluoreszenz, Magnetismus, katalytische Aktivität, Bewuchshemmung, Langlebigkeit (z. B. gegen Temperatur, Feuchtigkeit, Hitze, Licht), antimikrobielle Oberflächen, Proteinabweisung, Biokompatibilität oder Ionen- bzw. Gasselektivität. Konkrete Partikelsysteme, an denen wir arbeiten, sind z. B. fluoreszierende Quantum Dots, einkernige Eisenoxid Nanopartikel sowie Polymerpartikel und –Kapseln aus z.B. Polyacrylaten, Polyuretanen, sowie vernetzten Polysachariden.

Typische Fragestellungen

  • Kundenspezifische Synthese und Validierung des Herstellprozesses für anorganische und polymerbasierte Nanopartikel,
  • Verkapselung aktiver Komponenten für die in-situ Freisetzung,
  • Funktionalisierung von Partikeln zur Verbesserung der Spezifität und Effektivität in der Freisetzung  von Wirkstoffen am Wirkort,
  • Überführung von Batchprozessen in kontinuierliche Syntheseverfahren, inklusive Scale-up,
  • Entwicklung von Protokollen für die Materialcharakterisierung, weitere Prozessierung sowie das Handling,
  • Charakterisierung von Nanopartikeln in flüssigen und festen Medien.
Reaktor für kontinuierliche Nanopartikelsynthese
© Foto Fraunhofer ICT-IMM
Pilotanlage für kontinuierliche Nanopartikelsynthese
© Foto Fraunhofer ICT-IMM
Transmissionselektronenmikroskop
© Foto Fraunhofer ICT-IMM