Kernmagnetische Resonanz an nanopartikulären Systemen

Die kernmagnetische Resonanz ist als analytische Methode zur Untersuchung fester und flüssiger Systeme etabliert und weit verbreitet. Nanopartikuläre Suspensionen und andere kolloidale Systeme, die beispielsweise für pharmazeutische Anwendungen in Betracht kommen, verlangen dabei nach einer Kombination aus der klassischen hochauflösenden Variante für flüssige Proben und der Festkörper-Kernresonanzspektroskopie.

Das vorliegende Buch führt zunächst in die Grundlagen der Kernresonanzspektroskopie ein und beschreibt eine Auswahl von experimentellen Ansätzen, die im Wesentlichen auf das Instrumentarium der Festkörper-Kernresonanz zurückgreifen. Die theoretischen Aspekte dieser Experimente werden eingehend und anschaulich erläutert und anhand einfacher Beispiele dargestellt. Daneben werden die für nanopartikuläre Suspensionen typischen Bewegungsvorgänge (Lateralbewegung, Rotationsdiffusion) behandelt, deren Charakteristik den Ausgang der Kernresonanzexperimente wesentlich beeinflußt.

In einem eigenen Kapitel wird ein numerisches Simulationsverfahren beschrieben, das die Berechnung aller genannten Kernresonanzexperimente unter Berücksichtigung diffusiver Bewegungen ermöglicht. Es beruht auf einer Zerlegung der Raum- und Zeitkoordinaten in finite Elemente und ist sehr vielseitig anwendbar. Die verschiedenen experimentellen Randbedingungen können in beliebiger Kombination nach der Art eines Baukastensystems in die Simulationsrechnung eingeführt werden. Diese Methode erlaubt die detaillierte Auswertung von Kernresonanzmessungen an nanopartikulären Systemen.

Der zweite Teil des Buches ist den praktischen Anwendungen an nanopartikulären Suspensionen gewidmet. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Systemen, die im pharmazeutischen Bereich von Interesse sind, beispielsweise Nanokapseln und Nanosphären aus festen Lipiden, Polyelektrolyten und ungeladenen Polymeren. Die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten der Kernresonanz bei der Charakterisierung solcher Systeme hinsichtlich ihrer Struktur und ihres Verhaltens unter verschiedenen Randbedingungen werden anhand von zahlreichen Beispielen erläutert. Dazu gehören die Untersuchung der chemischen Beschaffenheit der Partikel und der eingeschlossenen Komponenten, die Messung der Partikelgröße, die Charakterisierung von Adsorptionsvorgängen an der Partikeloberfläche, die Beobachtung von Phasenumwandlungen der Partikelmatrix sowie molekularer Austauschvorgänge durch die Wände von Nanokapseln. Abschließend wird auf das Potential der Kernresonanzspektroskopie bei der Untersuchung von Abbau- und Releaseprozessen eingegangen.