Oberfläche

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine neuartige wässrige Suspension aus, mit reaktiven organischen Linkern versetzten, anorganischen Nanopartikeln, sowie deren Herstellung und Verwendung.

Auf vielen technischen Gebieten sind funktionalisierte Nanopartikel von Interesse. So finden unter anderem wissenschaftliche Anstrengungen statt Nanopartikel mit organischen Molekülen so zu funktionalisieren, dass sie in medizinischen Bereichen eingesetzt werden können. Dabei spielen Reaktivität und Stabilität der Nanopartikel eine wichtige Rolle. Anorganische Nanopartikel mit organischen Linkern sind hinlänglich bekannt. So beschreibt z.B. US 5,480,630 die Herstellung von Nanopartikeln aus

Aluminiumoxiden mittels hydrothermaler Synthese.

US 2008/0199046 beschreibt die Herstellung von Metalloxiden die in Click- Reaktionen einsetzbar sind. Jedoch bietet diese Anmeldung keine Lösung dafür an, wie Metalloxide hergestellt werden können, um sie in wässriger Suspension chemisch stabil zu halten. Des Weiteren sind die dort beschriebenen

Herstellungsmethoden umständlich und bedürfen aufwendiger Aufreinigungsschritte, um unerwünschte organische Lösungsmittel zu entfernen.

Demnach ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, das es erlaubt effizient Nanopartikel zu produzieren, mit denen effizient

Folgereaktionen durchgeführt werden können.

Erkenntnis der vorliegenden Anmeldung ist, dass anorganische Nanopartikel mittels Hydrothermal Synthese herzustellen sind, wobei während dieser Herstellung die Oberfläche der Nanopartikel mit Linkern versehen werden, wobei die Linker funktionelle Gruppen aufweisen die Folgereaktionen ermöglichen.

Demnach ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von anorganischen Nanopartikeln gerichtet, wobei die anorganischen Nanopartikel an ihrer Oberfläche organische Linker umfassen, wobei weiterhin

jeder Linker zumindest zwei unterschiedliche funktionelle Gruppen aufweist, nämlich eine erste funktionelle Gruppe (FG1) und eine zweite funktionelle Gruppe (FG2),

- jeder Linker über die erste funktionelle Gruppe (FG1) an das anorganische Nanopartikel gebunden ist, und

die zweite funktionelle Gruppe (FG2) eine ungebundene funktionelle Gruppe darstellt,

und

das Verfahren das in Kontakt bringen von

Wasser,

organischen Linkern, die zumindest zwei unterschiedliche funktionelle Gruppen aufweisen, nämlich eine erste funktionelle Gruppe (FG1) und eine zweite funktionelle Gruppe (FG2), und

- Metallsalzen und/oder anorganischen Nanopartikeln

in einem Reaktor, d.h. in der Reaktionszone, bei nahkritischen oder überkritischen Bedingungen des Wassers, umfasst.

Das Verfahren ist insbesondere ein kontinuierliches Verfahren im Gegensatz zu einem Batch- Verfahren. Unter einem kontinuierlichen Verfahren nach vorliegender Erfindung wird insbesondere die Herstellung von anorganischen Nanopartikeln, vorzugsweise aus Metallsalzen, und das Anbringen der organischen Linker in einem Prozess verstanden. Bei dem Verfahren handelt es sich insbesondere um ein Hydrothermalverfahren, das als Batch, Semi-Batch oder kontinuierliches Verfahren betrieben werden kann. In einer besonderen Ausführungsform richtet sich die Erfindung auf ein

kontinuierliches Hydrothermalverfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen anorganischen Nanopartikel.

In einem Hydrothermalverfahren nach vorliegender Erfindung werden bei hohen Temperaturen und hohen Drücken anorganische Nanopartikel aus wässrigen Lösungen erhalten.

Folglich liegt im Reaktor vorzugsweise eine Temperatur von mindestens 200 °C, bevorzugter von mindestens 250 °C, noch bevorzugter von mindestens 300 °C, besonders bevorzugt von mindestens 320 °C vor. Bevorzugte Temperaturbereiche sind 200 bis 450 °C, noch bevorzugter 250 bis 400 °C, wie 300 bis 400 °C.

Der Druck im Reaktor ist vorzugsweise mindestens 150 bar, noch bevorzugter mindestens 200 bar. Typischerweise beträgt der Druck 200 bis 400 bar, wie z.B. 250 bis 350 bar

Als geeigneter Reaktor hat sich insbesondere ein Rohrreaktor in Form einer Hochdruckkapillare erwiesen.

Vorzugsweise wird eine Mischung aus anorganischen Metall salzen (und/oder anorganischen Nanopartikeln), Linkern und Wasser in den Reaktor (kontinuierlich) eingebracht. Das Wasser in der Reaktionszone sowie insbesondere das Wasser vor Einbringen in den Reaktor, wie z.B. bei der kontinuierlichen Ausführungsform, befinden sich in nahkritischen oder überkritischen Zuständen. Folglich hat das Wasser vorzugsweise eine Temperatur von mindestens 200 °C, bevorzugter von mindestens 250 °C, noch bevorzugter von mindestens 300 °C, besonders bevorzugt von mindestens 320 °C. Bevorzugte Temperaturbereiche sind 200 bis 500 °C, noch bevorzugter 250 bis 500°C, wie 300 bis 500 °C.

Der Druck des Wassers ist vorzugsweise mindestens 150 bar, noch bevorzugter mindestens 200 bar. Typischerweise beträgt der Druck 200 bis 400 bar, wie z.B. 250 bis 350 bar.

Als besonders geeignetes Wasser hat sich deionisiertes Wasser erwiesen. Bei den verwendeten anorganischen Metall salzen handelt es sich vorzugsweise um Salze anorganischer Säuren, wie Nitrate, Chloride, Sulfate, Borate, Sulfite und Fluoride, oder um Salze organischer Säuren, wie Formiate, Acetate, Citrate, Oxalate, und Lactate. Insbesondere handelt es sich um Salze der organischen Säuren, vorzugsweise um Salze ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formiaten, Acetaten, Citraten, Oxalaten, und Lactaten, von Cu, Ba, Ca, Zn, AI, Y, Si, Sn, Zr, Ti, Sb, V, Cr, Mn, Fe, Co oder Ni, insbesondere von Fe. In einer anderen

Ausführungsform handelt es sich um Salze der anorganischen Säuren, vorzugsweise um Salze ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nitraten, Chloriden, Sulfaten, Boraten, Sulfiten und Fluoriden, von Cu, Ba, Ca, Zn, AI, Y, Si, Sn, Zr, Ti, Sb, V, Cr, Mn, Fe, Co und Ni, insbesondere von Fe. Beispielsweise können Ei sen(III)- Salze eingesetzt werden, wie Eisen(III)-nitrat (z.B. Fe(N0 ₃ ) ₃ · 9 H ₂ 0) oder Eisen(III)-citrat (z.B. (NH ₄ )Fe(C ₆ H ₇ 0 ₇ )NH ₃ ). Die Metallsalze (und/oder die anorganischen Nanopartikel) werden vorzugsweise als wässrige Lösungen eingesetzt. Die Linker sind bei Atmosphärendruck und

Raumtemperatur entweder flüssige Substanzen oder feste Substanzen, bei den angewendeten Verfahrensbedingungen (hoher Druck/ hohe Temperatur) jedoch gasförmig oder zumindest flüssig. Folglich werden die Linker in einer bevorzugten Ausführungsform unverdünnt oder als Lösung, bevorzugt wässrig oder ethanolisch, eingesetzt.

Bezüglich der verwendeten Linkern und/oder der verwendeten anorganischen Nanopartikel wird auf die unten gemachten Ausführungen verwiesen.

Alle verwendeten Edukte, d.h. Wasser, Metallsalze (oder deren Lösungen) bzw. die anorganischen Nanopartikel (oder Suspensionen davon), und Linker (oder Lösungen, die die Linker enthalten), werden vorzugsweise sauerstofffrei eingesetzt.

In einer Ausführungsform wird zunächst das Wasser, vorzugsweise nahkritisches oder überkritisches Wasser, mit den Metallsalzen oder mit einer wässrigen

Metallsalzlösung in Kontakt gebracht. Bei diesem Verfahrensschritt können sich aus den anorganischen Metallsalzen spontan vollständig oder teilweise vor dem

Vermischen mit den Linkern anorganische Nanopartikel bilden, die an Stelle der Metallsalze in den Reaktor eingebracht werden. Folglich besteht im vorliegenden Verfahren auch die Möglichkeit anorganische Nanopartikel anstatt die Metallsalze einzusetzen. Jedoch sind bevorzugt, Metallsalze zu verwenden, die mittels der Hydrothermalsynthese in die anorganischen Nanopartikel umgewandelt werden.

Nach dem Vermischen von Wasser mit den Metallsalzen oder mit einer wässrigen Metallsalzlösung (und/oder den suspendierten (vorzugsweise in Wasser

suspendierten) anorganischen Nanopartikeln) wird die erhaltene Mischung aus Wasser und Metall salzen (und/oder anorganischen Nanopartikeln) mit den organischen Linkern in Kontakt gebracht.

Vorzugsweise erfolgt das in Kontakt bringen in vorliegender Erfindung mittels Mischer.

In einer anderen Ausführungsform wird zunächst das Wasser, vorzugsweise nahkritisches oder überkritisches Wasser, mit den organischen Linkern in Kontakt gebracht und anschließend die Mischung aus Wasser und organischen Linkern mit den (vorzugsweise wässrigen) Metallsalz(lösungen) (und/oder (vorzugsweise suspendierten) anorganischen Nanopartikeln) in Kontakt gebracht. Jedoch werden auch in dieser Ausführungsform bevorzugt anorganische Metallsalze verwendet, die mittels der Hydrothermal Synthese in die anorganischen Nanopartikel umgewandelt werden. Wie oben bereits erwähnt, besteht die Möglichkeit, dass durch das Mischen von Wasser und anorganischen Metallsalzen eine vollständige oder teilweise Umwandlung der anorganischen Metall salze vor Einbringung in den Reaktor in anorganische Nanopartikel stattfinden kann.

In einer dritten Ausführungsform werden zunächst die Metallsalze (und/oder anorganischen Nanopartikeln) und die organischen Linker in Kontakt gebracht und anschließend die Mischung aus Metallsalzen und organischen Linkern mit dem Wasser, vorzugsweise mit dem nahkritischen oder überkritischen Wasser, in Kontakt gebracht, d.h. vermischt. Bevorzugt werden anorganische Metallsalze eingesetzt. Unabhängig von den oben genannten drei Ausführungsformen wird die Mischung aus anorganischen Metall salzen (und/oder anorganischen Nanopartikeln), Linkern und Wasser in den Reaktor (vorzugsweise kontinuierlich) eingebracht. Denkbar ist auch, dass die einzelnen Komponenten getrennt voneinander in den Reaktor eingespeist werden. Jedoch konnten besonders gute Ergebnisse dadurch erzielt werden, dass eine Mischung aus den drei Komponenten in den Reaktor eingebracht wurde.

Die im Reaktor hergestellten anorganischen Nanopartikel werden anschließend (kontinuierlich) als Suspension entnommen. Dabei wird die Suspension durch Außenkühlung und/oder durch Zugabe von (kaltem) Wasser, z.B. von Wasser mit einer Temperatur von rund 20 °C, vorzugsweise auf Raumtemperatur abgekühlt. Wenn notwendig kann der pH-Wert durch Zugabe von entsprechenden Basen oder Säuren gesteuert werden, um z.B. unerwünschte Ausfällungen zu vermeiden. Die so erhaltene wässrige Suspension kann anschließend aufgereinigt werden. Denkbar ist eine Aufreinigung durch Membranfiltration und/oder durch Abzentrifugieren und Resuspendieren in Wasser zu erreichen und/oder durch Waschungen mit

leichtflüchtigen organischen Lösungsmitteln, wie z.B. Ethanol. Magnetische Partikel, wie z.B eisenoxidische Partikel können mittels Magnetseparationsmethoden abgetrennt werden.

Die wässrige Suspension enthält die erwünschten anorganischen Nanopartikel, die an ihrer Oberfläche organische Linker aufweisen, wobei

- jeder Linker zumindest zwei unterschiedliche funktionelle Gruppen aufweist, nämlich eine erste funktionelle Gruppe (FG1) und eine zweite funktionelle

Gruppe (FG2),

jeder Linker über die erste funktionelle Gruppe (FG1) an das anorganische Nanopartikel gebunden ist, und

- die zweite funktionelle Gruppe (FG2) eine ungebundene funktionelle Gruppe darstellt. Bevorzugte anorganische Nanopartikel, die durch das beschriebene Verfahren erhalten werden, sind solche, die auch als bevorzugte anorganische Nanopartikel der wässrigen Suspension weiter unten beschrieben werden. Diese wässrige Suspension kann ohne Aufreinigung (oder mittels oben beschriebener Aufreinigung) direkt in Folgereaktionen eingesetzt oder gelagert werden, und so zu einem späteren Zeitpunkt geeigneten Reaktionen unterworfen werden. Die wässrige Suspension kann auch getrocknet werden, so dass die anorganischen Nanopartikel in Pulverform aufbewahrt werden können. Vorzugsweise wird jedoch die wässrige Suspension als solche gelagert oder gleich, wie weiter unten beschrieben, einer Folgereaktion, d.h. einer Click-Reaktion, unterzogen. Die Folgereaktionen (d.h. Click-Reaktionen) können in separaten Apparatur(en) oder mit dem

Herstellungsprozess kombiniert (in einem gekoppelten kontinuierlichen Verfahren, d.h. in situ) erfolgen.

Folglich richtet sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Herstellung der anorganischen Nanopartikel, sondern auch auf die Herstellung der wässrige

Suspension umfassend die anorganischen Nanopartikel, sowie auf die erhaltene wässrige Suspension umfassend die anorganischen Nanopartikel als solche.

Im Folgenden wird die erhaltene wässrige Suspension genauer beschrieben.

Die wässrige Suspension umfasst, vorzugsweise zu mindestens 0.01 Gew.-%, anorganische Nanopartikel, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen

Nanopartikel an ihrer Oberfläche organische Linker umfassen, wobei

jeder Linker zumindest zwei unterschiedliche funktionelle Gruppen aufweist, nämlich eine erste funktionelle Gruppe (FG1) und eine zweite funktionelle Gruppe (FG2), jeder Linker über die erste funktionelle Gruppe (FG1) an das anorganische Nanopartikel gebunden ist, und

die zweite funktionelle Gruppe (FG2) eine ungebundene funktionelle Gruppe darstellt.

Vorzugsweise besteht die wässrige Suspension zu 70 Gew.-%, noch bevorzugter zu 80 Gew.-%, noch mehr bevorzugter zu 90 bis 100 Gew.-%, wie 95 bis 100 Gew.-%, aus Wasser und den anorganischen Nanopartikeln. Folglich ist es bevorzugt, dass die wässrige Suspension frei von organischen Lösungsmitteln und/oder starken Laugen ist. Lösungsmittel nach vorliegender Erfindung sind alle organischen Lösungsmittel und insbesondere halogenierte, wie fluorierte, und/oder aromatische Lösungsmittel. Starke Laugen nach vorliegender Erfindung sind Laugen mit denen ein pH-Wert von 10 oder größer eingestellt werden kann. Anorganische Nanopartikel nach vorliegender Erfindung sind insbesondere alle

Metalle und deren Verbindungen des Periodensystems (IUPAC). In einer besonderen Ausführungsform basieren die anorganischen Nanopartikel auf Metallen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus B, As, Te, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, AI, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Ti, Zr, Mn, Eu, Y, Nb, Ce, und Ba. Insbesondere handelt es sich bei den anorganischen Nanopartikeln um anorganische Metalloxide und

insbesondere um solche, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Si0 ₂ , Ti0 ₂ , Zn0 ₂ , Sn0 ₂ , A1 ₂ 0 ₃ , Mn0 ₂ , NiO, Eu ₂ 0 ₃ , Y ₂ 0 ₃ , Nb ₂ 0 ₃ , InO, ZnO, Fe ₂ 0 ₃ , Fe ₃ 0 ₄ , Co ₃ 0 ₄ , Zr0 ₂ , Ce0 ₂ , BaO · 6Fe ₂ 0 ₃ , Al ₅ (Y+Tb)Oi ₂ , BaTi0 ₃ , LiCo0 ₂ ,

LiMn ₂ 0 ₄ , K ₂ 0 · 6Ti0 ₂ , und AlOOH. In einer besonders bevorzugten

Ausführungsform sind die anorganischen Nanopartikel Ferrihydrit oder zweiwertige oder dreiwertige Eisenoxide, wie a-Fe ₂ 0 ₃ (Hämatit), y-Fe ₂ 0 ₃ (Maghemit), Fe ₃ 0 ₄ (Magnetit). Vorzugsweise haben die anorganischen Nanopartikel eine durch

Röntgenpulverdiffraktometne (PXRD) bestimmte mittlere Kristallitgröße oder durch transmissionselektronische Aufnahmen bestimmte mittlere Primärpartikelgröße von weniger als 100 nm, besonders bevorzugt von weniger als 20 noch mehr bevorzugt von weniger als 10 nm.

Auf der Oberfläche der anorganischen Nanopartikel befinden sich die organischen Linker. Die organischen Linker können über van-der-Waals Bindungen, ionische Bindungen und/oder kovalente Bindungen an die anorganischen Nanopartikel gebunden sein. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die organischen Linker über kovalente Bindungen an die anorganischen Nanopartikel gebunden sind.

Wie oben erwähnt, weisen die organischen Linker mindestens zwei funktionelle Gruppen, nämlich eine erste funktionelle Gruppe (FGl) und eine zweite funktionelle Gruppe (FG2), auf. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Linker nur zwei funktionelle Gruppen aufweisen, nämlich die erste funktionelle Gruppe (FGl) und eine zweite funktionelle Gruppe (FG2). Die funktionellen Gruppen (FGl) und (FG2) können sich an beliebiger Stelle am Linker befinden, es ist jedoch vorteilhaft, dass die erste funktionelle Gruppe (FGl) und die zweite funktionelle Gruppe (FG2) den größtmöglichen Abstand zueinander einnehmen. Folglich sind in einer spezifischen Ausführungsform die funktionellen Gruppen der Linker endständig.

Die beiden funktionellen Gruppen (FGl) und (FG2) müssen chemisch verschieden sein. Nur so kann sichergestellt werden, dass der Linker nur mit einer der beiden funktionellen Gruppen (FGl) und (FG2) an das anorganische Nanopartikel, d.h. an die Oberfläche des anorganischen Nanopartikel, bindet. Folglich ist es bevorzugt, dass die erste funktionelle Gruppe (FGl) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen (-OH), Aldehyden (-CHO), Ketonen (-CO-), Carbonsäuren (-C0 ₂ H), Carbonsäureestern (-CO ₂ R ¹ ), Carbonsäureamiden (-CO R ² R ³ ), Aminen (- R ² R ³ ),

Thiolen (-SH), Oximen (-CR ² =N-OH), Phosphonsäuren und Sulfonsäuren mit

R ¹ ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, Benzyl, oder Phenyl,

R ² ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, Benzyl, und Phenyl, und

R ³ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso- Propyl, Benzyl, und Phenyl.

Es ist insbesondere bevorzugt dass die erste funktionelle Gruppe (FGl) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen (-OH), Aldehyden (-CHO), und

Carbonsäuren (-CO ₂ H). In einer spezifischen Ausführungsform ist die erste funktionelle Gruppe (FGl) eine Carbonsäure (-CO ₂ H). Abhängig von der

Oberflächenbeschaffenheit bleibt die funktionelle Gruppe (FGl) erhalten (van-der- Walls Bindung), geht eine ionische Bindung oder eine kovalente Bindung ein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Linker an die anorganischen

Nanopartikel über die erste funktionelle Gruppe (FGl) kovalent gebunden. Die zweite funktionelle Gruppe (FG2) ist chemisch verschieden zur ersten funktionellen Gruppe (FGl). Vorzugsweise handelt es sich bei der zweiten funktionellen Gruppe (FG2) um eine funktionelle Gruppe die Click-Chemie durchführen kann. Bei Click-Chemie nach vorliegender Anmeldung handelt es sich vorzugsweise um stereospezifische chemisches Reaktionen, insbesondere um

Cycloadditionsreaktionen, wie Huisgencycloadditionen und Diels-Alder-Reaktionen, nukleophile Substitutionen an kleinen gespannten Ringen, d.h. 3-Ring oder 4-Ring Systemen, wie Epoxiden oder Aziridinen, und Additionsreaktionen an Kohlenstoff- Kohlenstoff-Doppelbindungen, wie beispielsweise die Epoxidierungsreaktionen. In einer spezifischen Ausführungsform kann man mit der zweiten funktionellen Gruppe (FG2) Cycloadditionsreaktionen, wie Huisgencycloadditionen und Diels-Alder- Reaktionen, durchführen. Folglich ist es bevorzugt, dass die zweite funktionelle Gruppe (FG2) der organischen Linker ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkenen, Alkinen, Epoxiden, Aziridinen, und Aziden, insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkinen, Epoxiden, und Aziden. In einer ganz spezifischen Ausführungsform handelt es sich bei der funktionellen Gruppe (FG2) um Alkine.

Der Linker kann jeden denkbaren organischen Aufbau haben. Bevorzugt handelt es sich bei dem Linker um Kohlenwasserstoffe, wie gesättigte kettenförmige, ungesättigt kettenförmige, gesättigte ringförmige oder ungesättigte ringförmige Kohlenwasserstoffe. Insbesondere handelt es sich bei den Linkern um verzweigte oder unverzweigte C4 bis C30 Alkane umfassend die beiden funktionellen Gruppen (FG1) und (FG2) oder um poly aromatische Kohlenwasserstoffe umfassend die beiden funktionellen Gruppen (FG1) und (FG2). Besonders bevorzugt sind unverzweigte C4 bis C30 Alkane, wie C6 bis C20 Alkane, umfassend die beiden funktionellen Gruppen (FG1) und (FG2) oder Biphenyle umfassend die beiden funktionellen Gruppen (FG1) und (FG2). Folglich sind von besonderen Interesse unverzweigte C4 bis C30 Carbonsäuren, wie unverzweigte C6 bis C20

Carbonsäuren, umfassend zusätzlich die zweite funktionelle Gruppe (FG2) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkenen, Alkinen, Epoxiden, Aziridinen, und Aziden, oder unverzweigte C4 bis C30 primäre Alkohole, wie unverzweigte C6 bis C20 primäre Alkohole, umfassend zusätzlich die zweite funktionelle Gruppe (FG2) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkenen, Alkinen, Epoxiden, Aziridinen, und Aziden, oder unverzweigte C4 bis C30 Aldehyde, wie unverzweigte C6 bis C20 Aldehyde, umfassend zusätzlich die zweite funktionelle Gruppe (FG2) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkenen, Alkinen, Epoxiden, Aziridinen, und Aziden. In besonderen Ausführungsformen wird auf unverzweigte C4 bis C30 Carbonsäuren, wie unverzweigte C6 bis C20 Carbonsäuren, umfassend zusätzlich als zweite funktionelle Gruppe (FG2) Alkin, Epoxid, oder Azid oder auf unverzweigte C4 bis C30 primäre Alkohole, wie unverzweigte C6 bis C20 primäre Alkohole, umfassend zusätzlich als zweite funktionelle Gruppe (FG2) Alkin, Epoxid, oder Azid zurückgegriffen. Besonders bevorzugte Linker sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 5-Hexinsäure, 6-Heptinsäure, 7-Octinsäure, 9-Decinsäure, und 10- Undecinsäure.

Die anorganischen Nanopartikel nach vorliegender Erfindung werden insbesondere in Click-Reaktionen, wie oben definiert, verwendet. Demnach umfasst das vorliegende Verfahren nicht nur die Herstellung der anorganischen Nanopartikel, sondern auch deren anschließenden Einsatz in Click-Reaktionen. Diese Click- Reaktionen können in separater/n Apparatur(en) oder mit dem Herstellungsprozess kombiniert (in einem gekoppelten kontinuierlichen Verfahren, d.h. in situ) erfolgen. Bei der Click-Reaktion nach vorliegender Erfindung werden organische Moleküle mittels der zweiten funktionellen Gruppe an die Linker und damit an die

anorganischen Nanopartikel gebunden. Typischerweise können Polymere oder biologisch wirksame Moleküle, wie Oligosaccharide, gebunden werden.

Im Folgenden wird die Erfindung genauer durch Beispiele erläutert.

B E I S P I E L E

Beispiel 1:

Das Experiment wurde in einer kontinuierlichen Hochdruckanlage durchgeführt, die aus Standardhochdruckkomponenten von Sitec-Sieber (Mauer, Schweiz) und

Swagelok (B.E.S.T. Fluidsystem, Karlsruhe) aufgebaut wurde (vgl. Fließbild Figur 1). Der Hauptstrom wurde aus einem Vorlagebehälter mit deionisiertem Wasser, dessen Sauer stoffgehalt durch Einleiten von Stickstoff zuvor reduziert wurde, gespeist. Dieser Strom wurde mit zwei gekoppelten Spritzenpumpen (Modell 500D, Teledyne Isco Inc., NE, U.S.A.) bei einer Flussrate von 80 mL/min in die Anlage gefördert und auf eine Temperatur von 394 °C bei relativen Schwankungen von ca. 0,2 °C (Standardabweichung σ) erhitzt. Die wässrigen

Eisenammoniumcitratlösungen (Fe-Gehalt von ca. 22,5% im Eisensalz) mit einer Konzentration von 6,83 g/L, deren Sauerstoffanteil durch Einleiten von Helium reduziert worden war, wurden mittels HPLC-Pumpen (SD1, AlphaCrom OHG,

Langenau) mit einer Flussrate von 20 mL/min in die Anlage gefördert und mit dem heißen Wasserstrom im Mischer vereinigt. Die 5-Hexinsäure (Reinheit 97%) wurde mittels einer HPLC-Pumpe (PU 2080, Jasco, Gross-Umstadt) bei einer Flussrate von 0,9 mL/min in die Anlage gefördert und mit dem heißen Hauptstrom im zweiten Mischer vereinigt. T-Stücke (720.1633, Sitec-Sieber, Maur, Switzerland) wurden als Mischer verwendet. Der Innendurchmesser dieser T-Stücke sowie die angrenzenden Hochdruckkapillaren betrugen 1,6 mm. Nach dem Durchlaufen der Reaktionszone (bestehend aus T-Stücken und Hochdruckkapillaren) bei einer Verweilzeit von ca. 330 ms (berechnet auf der Basis der Dichte von reinem Wasser unter den herrschenden Bedingungen vom Eintritt in den zweiten Mischer bis zum Eintritt in den Kühler) und einer Temperatur von 350 °C wurde der Strom mit Hilfe eines Wärmetauschers auf eine Temperatur von < 25 °C gekühlt und durch eine

Filtereinheit (Porenweiten im Bereich von 10 μιτι, Swagelok, B.E.S.T. Fluidsystem, Karlsruhe) sowie den Vordruckregler (Tescom Europe, Selmsdorf), der zur Regulierung des Prozessdruckes auf 300 bar diente, in Auffanggefäße gefördert.

Zur Charakterisierung der Partikel wurden die in der wässrigen Phase sich befindenden Partikel abzentrifugiert, der Überstand abdekantiert und mit Wasser gewaschen. Dieser Vorgang wurde mehrfach mit Wasser und dann mit Ethanol wiederholt. Die Partikel wurden anschließend im Trockenschrank bei 60 °C über 24 h getrocknet. Eine Fraktion dieser Partikel wurde mittels Röntgenbeugung auf einem Bragg-Brentano-Goniometer D8 (Bruker AXS) mit Kupferstrahlung,

Sekundärmonochromator, Probenwechsler und Szintillationszähler gemessen. Die volumengewichtete mittlere Kristallitgröße wurde aus der Lorentzbreite der Beugungsreflexe bestimmt und betrug 5 nm bei einer Struktur von Maghemit bzw. Magnetit. Das Gerät wurde mit dem Standard Reference Material 660a (LaB6) des National Institutes of Standards & Technology MST kalibriert.

Zur Darlegung der Möglichkeit der Anbindung von Molekülen über Click-Reaktion (hier im speziellen die Kupfer(I) katalysierte Azid- Alkin Cycloaddition) an die Partikel, wurden in Anlehnung an [1] 20 mg der Partikel zuerst in 20 ml DMSO/H ₂ O (im Verhältnis von 4: 1) im Ultraschallbad in einem Rundkolben dispergiert und danach mit 6,5 mg Benzylazid, 12,4 mg Q1SO ₄ *5H ₂ 0 und 80 mg Natriumascorbat versetzt und für 16 h auf einem Schüttler bei Raumtemperatur gemischt.

Anschließend wurden die Partikel zunächst mehrfach mit DMSO gewaschen und abzentrifugiert und anschließend mehrfach mit Wasser und dann mit Ethanol und in einem Trockenschrank bei 60 °C getrocknet.

Die Bildung des [l,2,3]-Triazolringes an der Oberfläche der Partikel wurde mittels XPS gezeigt (vgl. Figur 2 und als Referenz z.B. [2]). XPS-Messungen wurden mit einem K- Alpha XPS-Spektrometer (ThermoFisher Scientific, East Grinstead, UK) durchgeführt. Die Datenerhebung und Datenbearbeitung unter der Verwendung der Thermo Avantage Software ist in [3] beschrieben. Die Nanopartikel wurden mit einer mikrofokusierten, monochromatischen AI Ka Röntgenquelle untersucht.

[1] M. A White, J. A. Johnson, J. T. Koberstein, N. J. Turro J. Am. Chem. Soc, 2006, 128, 11356-11357.

[2] S. Ciampi, T. Böcking, K. A. Kilian, M. James, J. B. Harper, J. J. Gooding, Langmuir, 2007, 23, 9320.

[3] K. L. Parry, A. G. Shard, R. D. Short, R. G. White, J. D. Whittle, A. Wright, Surf. Interface Anal, 2006, 38, 1497.

Beispiel 2:

Die Herstellung von mit 10-Undecinsäure funktionalisierten eisenoxidischen

Nanopartikeln wurde in einer leicht modifizierten Fahrweise zu Beispiel 1 in der ansonsten gleichen Hochdruckanlage durchgeführt. Der Wasserstrom von 80 mL/min wurde auf eine Temperatur von 461 °C erhitzt zunächst mit dem wässrigen

Metall salzstrom von 20 mL/min mit einer Konzentration an Eisen(III)-nitrat- nonahydrat (Reinheit 99,99%) von 11, 11 g/L und dann mit einem Strom von 15 mL/min, der aus in Ethanol gelöster 10-Undecinsäure (Reinheit 97%) bei einem Anteil von 9,62 Gew.-% bestand, vereinigt. Die Temperatur in der Reaktionszone betrug 400 °C bei einer Verweilzeit von ca. 200 ms. Der Hauptstrom wurde direkt vor Eintritt in den Kühler mit einem Strom von 10 mL/min einer 0,82 Gew.-%igen Ammoniaklösung vermischt. Zur Förderung der ethanolischen 10- Undecinsäurelösung bzw. Ammoniaklösung wurde eine HPLC-Pumpe vom Typ SDl (AlphaCrom OHG, Langenau) bzw. PU 2080 (Jasco, Gross-Umstadt) verwendet.

Zur Charakterisierung der Partikel wurden die sich in der wässrigen Phase befindenden Partikel abzentrifugiert, der Überstand abdekantiert und mit Wasser gewaschen. Dieser Vorgang wurde noch einmal mit Wasser, zweimal mit Ethanol und einmal mit einer 1 Gew.-%igen Ammoniaklösung wiederholt. Hierbei bildete sich eine Suspension, von der ein Anteil an Partikeln durch Zentrifugation abgetrennt wurde und die restlichen Partikel mit der 1 Gew.-%igen Ammoniaklösung eine stabile Suspension ausbildeten. Ein Foto dieser Suspension ist in Figur 3 links gezeigt. Der Anteil der anorganischen Partikel in der Suspension betrug ca. 0,5 Gew.-%.

Zur Messung der Partikel- bzw. der Agglomeratgrößenverteilung in der Suspension, diente eine Scheibenzentrifuge (CPS Instruments, Florida, USA). Die

Dichtegradienten wurden aus wässrigen Saccharoselösungen (8 Gew.-%ig - 24 Gew.-%ig in neun Stufen) hergestellt. Zur Minimierung von Einflüssen der

Temperatur, der Dichte, der Viskosität und des Volumens des Gradienten auf das Messergebnis diente ein Größenstandard aus PVC -Partikeln mit einem Modalwert von 226 nm (CPS Instruments), der vor jeder Messung vermessen wurde. Zur Auswertung der Messergebnisse wurden eine Partikel dichte von 4,87 g/cm ³ (Dichte Maghemit), ein Brechungsindex von 2,42 und ein Absorptionswert von 5

angenommen. In Figur 3 rechts ist eine charakteristische Partikel- bzw.

Agglomeratgrößenverteilung der Suspension als Dichte- und Summenverteilung bezogen auf die Masse (Q ₃ und q ₃ ) der Partikel gezeigt.

Zur Darlegung der Möglichkeit der Anbindung von Molekülen über Click- Reaktionen an die Partikel wurde wie in Beispiel 1 Benzylazid an die Partikel gebunden. Es wurden jedoch anstelle von getrockneten Partikeln, Partikel in suspendierter Form verwendet und Benzylazid in großem Überschuss eingesetzt. Die Bildung des [l,2,3]-Triazolringes durch Kupfer(I) katalysierte Cycloaddition zwischen der Alkin-Gruppe an der Oberfläche und der Azid-Gruppe des Benzylazids wurde mittels XPS gezeigt (siehe Figur 4; Vorgehensweise vgl. Beispiel 1). Eine andere Fraktion wurde zunächst mehrfach mit Wasser und dann mehrfach mit Ethanol gewaschen und abzentrifugiert und anschließend bei 60 °C im

Trockenschrank getrocknet. Die so erhaltenen Partikel wurden mittels

Röntgenbeugung untersucht (vgl. Beispiel 1). Mit Hilfe von Strukturdaten aus der Literatur und der Rietveld- Analyse wurde außerdem die Phasenzusammensetzung quantifiziert. Hiernach bestehen die Partikel aus zwei verschiedenen Anteilen und zwar Hämatit (25%) und Magnetit bzw. Maghemit (75%) mit mittleren

Kristallitgrößen von 50 nm bzw. 5 nm.