Guld-nanopartiklers optiske egenskaber - Nanolog

1. Semester, P0-projekt 2007 

Nanoteknologi

Dato: 21/09/2007 

Gruppe: C212 Side 2 af 21

Titel: Guld-nanopartikler til 

behandling af kræft 

Tema: Egenskaber på nanoskala 

Projektperiode: 31/08/2007 – 21/09/2007 

Projektgruppe: C212 

Deltagere: 

Synopsis: 

Christian Skjødt Hansen 

Duy Michael Le 

Jakob Polcwiartek 

Katrine Østergaard Bugge 

Lasse Christiansen 

Morten Julian Midtgaard 

Rebekka Bartholdy Neergaard 

Vejleder: Peter Fojan 

Oplagstal: 9 

Sideantal: 20 

Bilagsantal og -art: 0 

Afsluttet den 21/09/2007 

Dato: 21/09/2007 

Det Ingeniør-, Natur- og Sundhedsvidenskabelige Basisår 

Nanoteknologi 

Strandvejen 12-14 

9000 Aalborg 

Tlf. 96 35 97 36 

Fax 98 13 63 93 

http://tnb.aau.dk 

Strandvejen 12-14 

Dette projekt omhandler anvendelse af 

guld-nanopartikler til diagnosticering og 

behandling af kræft. Vi kigger på guldnanopartiklernes 

fordelagtige egenskaber 

i denne sammenhæng, men også på selve 

opbygningen af partiklerne. 

Desuden giver vi et forslag til, hvordan 

antistoffer kan bindes på overfladen af 

guld-nanopartikler, så man med særlige 

detektionsmetoder kan påvise 

tilstedeværelsen af guld-nanopartikler, 

og dermed også et bestemt antigen, i 

kroppen. 

Vi beskriver derudover fænomenet 

overfladeplasmonresonans (SPR), som 

spiller en vigtig rolle i opvarmning af 

nanopartikler. Vi konkluderer i 

rapporten, at guld-nanopartikler er 

kolloider af guldatomer, med en række 

kemiske og optiske egenskaber, som 

giver mulighed for at detektere og 

behandle kræft. 

Rapportens indhold er frit tilgængeligt, men offentliggørelse (med kildeangivelse) må kun ske efter aftale med forfatterne. 


Dato: 21/09/2007 


Dato: 21/09/2007 

Forord 

Denne rapport er udarbejdet i P0, første projekt på basisåret på Aalborg Universitet, hvor den skal 

ses som træning til videre rapportskrivning. Rapporten er udarbejdet af gruppe C212, som består af 

studerende fra basisåret. Målgruppen for dette projekt er studerende på den første del af basisåret, 

med en faglig baggrund fra de gymnasiale uddannelser. Der vil være tale om et overblik over 

emnet, og det er derfor ikke tilrådeligt til brug til andet end formidling. 

Rapporten er en gennemgang af guld-nanopartiklers egenskaber, og disse i forhold til kræft. 

Igennem rapporten er kilder angivet efter nummermetoden. 

Projektet er afsluttet d. 21/09/2007. 

________________________________________ 

Christian Skjødt Hansen 

________________________________________ 

Duy Michael Le 

________________________________________ 

Jakob Polcwiartek 

________________________________________ 

Katrine Østergaard Bugge 

________________________________________ 

Lasse Christiansen 

________________________________________ 

Morten Julian Midtgaard 

________________________________________ 

Rebekka Bartholdy Neergaard 


Dato: 21/09/2007 

Indholdsfortegnelse 

Forord...................................................................................................................................................5 

Indledning ............................................................................................................................................7 

Initierende problem..............................................................................................................................7 

Problemanalyse ....................................................................................................................................7 

Problemformulering.............................................................................................................................8 

Fakta om kræft .................................................................................................................................8 

Guld-nanopartiklers optiske egenskaber..............................................................................................9 

Overfladeplasmoner .........................................................................................................................9 

Optiske egenskaber for to tætsiddende guld-nanopartikler............................................................11 

Opvarmning af guld-nanopartikler.................................................................................................12 

Kolloider ............................................................................................................................................13 

Forskellige synteser af guld-nanopartikler.....................................................................................14 

Syntese af kolloide guld-nanopartikler ......................................................................................14 

Syntese af guld-nanoshells.........................................................................................................15 

Guld-nanopartikler og svovlbroer..................................................................................................15 

Guld-nanopartiklernes opførsel i organismen....................................................................................16 

Konklusion.........................................................................................................................................19 

Referenceliste.....................................................................................................................................20 

Bøger:.........................................................................................................................................20 

Artikler:......................................................................................................................................20 

Websteder: .................................................................................................................................21 

Eksperimenter: ...........................................................................................................................21 

Figurer:.......................................................................................................................................21 


Dato: 21/09/2007 

Indledning 

Kræftsygdomme har længe stået øverst på listen over sygdomme, som vi mennesker har ønsket at 

bekæmpe. Vi gør store fremskridt hele tiden, men der er stadig lang vej igen, før vi kan betegne 

kræftsygdommene som under kontrol. Et af problemerne ved kræft er, at det er en genetisk sygdom, 

der er arvelig. Derved fortsætter kræft fra generation til generation, uden vi kan stoppe eller 

udrydde den. Et andet problem er, at kræftceller lever og formerer sig iblandt de raske celler og i 

princippet bare er raske celler med mutationer i deres DNA. Det er derfor svært at skelne mellem 

raske celler og kræftceller, og man kan sjældent dræbe kræftcellerne, uden også at dræbe de raske 

celler. En målrettet behandling mod kræftceller har derfor længe været efterspurgt. [1] 

Kemoterapi er den mest udbredte af slagsen. Denne behandlingsmetode har til hensigt at dræbe alle 

hurtigvoksende celler. Kræftceller vokser hurtigt, så specielt disse dræbes. Men også raske celler, 

og i særdeleshed hårceller, bliver dræbt. Dette er en stor ulempe ved denne behandlingsmetode. 

Desuden kan kemoterapien sjældent dræbe alle kræftceller, hvis der er for mange af dem. [13] 

Nanoteknologi kan være en del af løsningen. Guld-nanopartikler er specielt interessante, da de 

muliggør en mere målrettet behandling end de traditionelle metoder. På den måde kan det i 

fremtiden blive muligt at dræbe de syge kræftceller uden at påvirke de raske celler i kroppen. Guld- 

nanopartikler er, hvad der i denne rapport vil være fokus på. 

Initierende problem 

Hvorfor og hvordan ændrer guld egenskaber, når det omdannes til kolloid form? Hvordan kan disse 

egenskaber anvendes i medicinal brug (hovedsageligt kræft)? 

Problemanalyse 

Man har i mange år forsøgt at behandle kræft gennem metoder som kemoterapi, stråling og kirurgi. 

[3] Grundet det store dødstal, som kræft forårsager, har man bl.a. inden for nanoteknologien prøvet 

at finde en løsning på problemet. En af disse løsninger kunne involvere guld-nanopartikler pga. 

deres særlige egenskaber. 


Dato: 21/09/2007 

Brugen af guld-nanopartikler er ikke et nyt fænomen. Det har vist sig, at man tilbage i det gamle 

Egypten brugte kolloidt guld til behandling af forskellige lidelser, deriblandt kræft. [6] Kolloidt 

guld blev også brugt i Kina tilbage i år 2500 f.Kr. som et livsforlængende middel. [4] 

Vi vil i denne rapport se på fremstilling af guld-nanopartiklerne, hvordan vi lokaliserer 

kræftcellerne og hvilke egenskaber, der gør guld-nanopartikler gode til at behandle kræft. 

Problemformulering 

I denne rapport vil vi helt generelt undersøge, hvad guld-nanopartikler er. Det skal danne grundlag 

for en redegørelse omkring de generelle egenskaber for guld-nanopartikler med henblik på 

diagnosticering og behandling af kræft, herunder de optiske og kemiske egenskaber. Derudover vil 

vi diskutere eventuelle bivirkninger ved guld-nanopartiklernes tilstedeværelse i kroppen. 

Vi vil i dette projekt prøve at besvare følgende spørgsmål: 

• Hvad er guld-nanopartikler helt generelt? 

• Hvad er guld-nanopartiklers særlige egenskaber, som gør dem gode til 

diagnosticering/behandling? 

• Hvordan binder guld-nanopartikler sig til kræftceller? 

• Hvilken virkning har guld-nanopartikler på kroppen? 

Fakta om kræft 

Kræft er en fælles betegnelse for en række ondartede svulster i kroppens væv. De ondartede svulster 

opstår ved, at kroppens celler, der udgør vævet, ændrer sig. Det er i DNA’et, ændringen sker. Dette 

kaldes en mutation. For det meste kan mutationer være uden betydning. De genetiske ændringer 

skal dog ske på bestemte gener, og flere gener skal mutere, for at cellerne kan udvikle sig til kræft. 

Man nævner tit, at den enkelte celle skal have brudt nogle barrierer, som holder på dens rolle, før 

den udvikler sig til en fuldmoden kræftcelle. 

Fejl i den genetiske kode kan opstå af sig selv, være arvet eller af påvirkninger udefra. Hvis fejlen 

opstår af sig selv, rettes fejlen som regel af såkaldte reparationsenzymer således, at cellen det 

bestemte sted kan opretholde sin funktion. Lykkes dette ikke, vil cellen gøre det af med sig selv. 

Dette gør, at det beskadiget DNA ikke bliver videregivet til nye celler. Det er oftest af påvirkninger 


Dato: 21/09/2007 

udefra, at den genetiske sygdom opstår, og i princippet kan alle celler i kroppen blive til kræftceller, 

men noget væv og nogle celletyper er mere udsat end andre, som f.eks. huden, lungerne og tarmen. 

De celler, der oftest opstår kræft i, faktisk 90 % af tilfældene, bliver kaldt epitelceller, dvs. celler, 

som dækker kroppens ydre overflade, huden, og dens indre overflade, slimhinderne. 

Kræft starter med en mutation i en bestemt celles eller flere cellers DNA, som får denne eller disse 

til at formere sig i forhold til de normale celler, som befinder sig i en hviletilstand. De berørte celler 

og efterkommerne bliver ved med at se normale ud. De deler sig dog for hyppigt (hyperplasi). 

Kontrollen af de muterede cellers vækst bliver forstyrret yderligere med senere mutationer. Den 

forstyrrende vækst resulterer i, at efterkommerne får en unormal form og placering (dysplasi). 

Endnu en ændring i cellernes DNA, efter et stykke tid, påvirker cellernes opførsel. Kræftsvulsten 

får betegnelsen, cancer in situ, hvis den endnu ikke er brudt gennem de forskelliges vævs grænser. 

Den ukontrollerede vækst fortsætter og med stigende hast, så hvis svulsten på et tidspunkt vokser 

ind i det underliggende væv, så der sendes celler ind i blod- og lymfekar, er kræftsvulsten blevet 

ondartet og begyndt at invadere. Når dette er sket, er det meget svært at stoppe kræften, grundet 

dens nye etableringer (metastaser) forskellige steder i organismen. [3] 

Guld-nanopartiklers optiske egenskaber 

Når konventionelle materialer, altså materialer vi direkte kan finde i naturen, reduceres til 

nanoskala, udviser de fascinerende optiske egenskaber, som man ikke vil kunne se på makroskala. 

Der skal rettes opmærksomhed på særlige materialer, hvor de indgående strukturer bliver mindre 

end lysets bølgelængde. Derfor er det især metaller, som udviser unikke optiske egenskaber, idet 

metallet består af elektroner, som bevæger sig frit. Det er svingninger i disse elektroner 

(overfladebølger), som vi kort skal beskrive i dette afsnit. [5] 

Overfladeplasmoner 

For at forstå fænomenet plasmoner må vi tage fat i den klassiske optik, hvor lys udbryder sig 

gennem et homogent materiale med et bestemt brydningsindeks. Lyset vil i midlertidig allerede 

blive udbredt i form af bølger i overgangen mellem et dielektrisk materiale (f.eks. protein), som 

ligger i overfladen af metallet (f.eks. guld). Bølgerne, som følger overfladen af metallet, kaldes 

overfladeplasmoner og kendetegner optiske bølger. Disse kan svinge i takt med de frie elektroner i 


Dato: 21/09/2007 

metallet, og derved får de en selvforstærkende virkning, som kaldes resonans. Ordet plasmon 

kommer af det frie elektronplasma inde i partiklen. 

Når en plan bølge rammer en guldpartikel 

med en diameter på under 50 nm, taler man 

om lokaliseret overfladeplasmonresonans 

(LSPR). Her er bølgen, på grund af 

partiklens lille størrelse, indskrænket 

(fokuseret) til selve guldpartiklen og fører til 

en meget høj lysudbredelse i form af intens 

overfladeplasmon-absorptionsspektrum og et 

Figur 1 – Belysning af et metal danner 

plasmonresonans langs overfladen. 

forstærket elektromagnetisk felt. Dette absorptionsspektrum gør, at vi oplever partiklen som 

værende en anden farve, som er afhængig af materialet, størrelsen, størrelsesfordelingen og formen 

af nanostrukturen, såvel som omgivelserne. Det er disse præcise afhængighedsfaktorer, som gør det 

til et særdeles interessant fænomen. Ved at ændre på størrelsestætheden af partiklen, kan vi tilmed 

ændre på farven. Farveskiftet sker, når partiklerne kommer tæt på hinanden, og der vil i det 

efterfølgende afsnit blive kigget nærmere på, hvad der sker, når to partikler rykkes tæt på hinanden. 

[8] 


Optiske egenskaber for to tætsiddende guld-nanopartikler 

Ved at lade to nanopartikler tilnærme sig en meget 

kort afstand mellem hinanden, sker der en ændring i 

deres elektronbevægelse; en såkaldt elektrodynamisk 

interaktionsmekanisme. Man har ved eksperimenter 

[18] undersøgt, når to sølv-nanopartikler berører 

hinanden. Her viser det sig, at der er en stor 

afhængighed af det udsendte lysspektrum. I et lignende 

forsøg har S.A. Maier [19] undersøgt spektrummet for 

to identiske guld-nanopartikler, som har en 

tilstrækkelig afstand til at udgøre en kobling. Her 

observerede man en forøgelse af bølgelængden, et 

såkaldt redshift, af overfladeplasmonet. I dette forsøg 

skete forøgelsen, hvor partiklerne sad med 

polretningen parallelt med rækkeretningen, som vist på 

figur 3,(b). Idet partiklerne sidder med polerne 

værende overfor hinanden som figur 3,(c) vil vi opleve 

en reducering i bølgelængden, idet polerne modvirker 

hinanden. Det er en såkaldt blueshift. I det første 

tilfælde (b) opfattes de to partikler blot som en større 

(forstrukket) partikel, idet plasmonet har en fin 

overgang. 

Graferne på figur 2 viser forskellen i udslukkelsen 

⎛ 1 ⎞ 

⎜ log ⎟ 

⎝ trans ⎠ 

af spektrummet for fire forskellige 

partikelafstande, på henholdsvis 150 nm, 200 nm, 

300 nm og 450 nm for de to forskellige 

bindingsmåder. På figur 2 (a) er det tydeligt at se, at 

jo tættere guld-nanopartiklerne bevæges mod 

hinanden, jo længere bliver overfladeplasmonets 

Dato: 21/09/2007 

Figur 2 – Graferne viser 

absorptionsspektrummet for guldnanopartikler 

med forskellige afstande med 

hinanden i henholdsvis (a) p-pol og (b) s-pol. 

Figur 3 – (a) En enkelt nanopartikel. (b) To 

tætsiddene guld-nanopartikler, hvis plasmon er 

parallelle med hinanden og (c) serielt med 

hinanden. 


Dato: 21/09/2007 

bølgelængde. Det er disse bølgelængder fra det modtagne lys, der absorberes. Derved kan vi også 

konkludere, at partiklerne skifter fra en mere rødlig til en blålig farve, når partiklerne nærmer sig 

hinanden. [9] 

Opvarmning af guld-nanopartikler 

Guld-nanopartikler har vist sig at være specielt interessante til behandling af kræft pga. den 

førnævnte plasmonresonans, som opstår på partiklernes overflade ved belysning. Når de 

kugleformede nanopartikler belyses, opstår der på deres overflade 

lokaliseret plasmonresonans, som resulterer i opvarmning af 

partiklen selv, men af større betydning også af deres omgivelser. 

Guld-nanopartikler, såvel som alle andre metal-nanopartikler, er 

gode at bruge til opvarmning, da næsten al energien, som 

partiklen absorberer fra det modtagne lys, omdannes til 

varmeenergi. [10] 

Eksperimenter foretaget af en større forskningsgruppe fra Ohio 

University [11] har vist, at opvarmning af guld-nanopartikler og deres omgivelser er mulig i praksis, 

samtidig med, at de indirekte fik indikationer af partiklernes overfladetemperatur. Dette blev gjort 

ved at belyse guld-nanopartikler indfældet i is med en laser. Deres eksperiment viste, at selv med en 

relativ svag laserstråle, kunne de smelte det omkringliggende is. Ud fra hastigheden, hvorved isen 

smelter omkring partiklen, kunne forskerne beregne overfladetemperaturen på nanopartiklen. 

Temperaturændringen på overfladen af partiklen, samt ændringen i temperatur af det 

omkringliggende medium, kan beskrives med denne formel: 

VNP ⋅Q 

∆ T ( r) = | RNP ≤ r 

4⋅π 

⋅k ⋅r 

0 

Hvor ∆T er temperaturændringen i en given afstand fra nanopartiklens centrum (r), VNP er volumen 

af nanopartiklen, k0 er det omgivende mediums varmeledningsevne. Q er den afgivne varmeenergi 

fra nanopartiklen. Denne kan estimeres til at være energiforskellen mellem den modtagne og den 

reflekterede lysstråle, da den energi metal modtager, kun i meget lav grad omdannes til andet end 

varme. RNP er radius på nanopartiklen og det betyder, at formlen kun er gældende i partiklens 

omgivende medium. [12] 

Figur 4 – Temperaturændringens 

afhængighed af afstanden til 

partiklens centrum. Gælder ikke 

inde i partiklen. 


Dato: 21/09/2007 

Formlen fortæller os bl.a., at temperaturændringen aftager, når afstanden, r, til partiklens centrum 

stiger. Grafisk ser ∆T som funktion af r [nm] ud som på figur 4: 

Som man kan se, er ∆T stærkt aftagende tæt på nanopartiklens overflade, så nanopartiklen skal 

være tæt på et legeme, før dens opvarmning får en effekt. Det må nødvendigvis betyde, at der skal 

en stor koncentration af guld-nanopartikler til, for at opvarme et større område af f.eks. kræftceller. 

Hvis der kun er for få guld-nanopartikler til stede, vil kun små dele af svulsten blive opvarmet. Man 

skal derfor finde en måde at koncentrere guld-nanopartiklerne i f.eks. en svulst, hvis man vil 

opvarme og dræbe alle cellerne deri. Hvordan dette kan lade sig gøre, bliver beskrevet senere i 

afsnittene ”Guld-nanopartikler og svovlbroer” og ”Guld-nanopartiklernes opførsel i organismen”. 

Kolloider 

En kolloid opløsning er en opløsning, hvor det tilsatte stof ikke bundfældes, men i stedet bevæger 

sig rundt i opløsningen. Hvis vi blander et salt i vand, vil saltet blive opløst indtil opløsningen er 

mættet og det resterende salt bundfælles. Hvis vi i stedet tager en lille portion flødeskum og blander 

det i vand, vil det ikke blive opløst på samme måde som med saltet. Det er fordi flødeskum er 

kolloidt. Størrelsesordenen på kolloider er mellem 1 nm (10 -9 m) og 1 µm (10 -6 m). 

Kolloider fremkommer altså som partikler i et medium, hvor partiklerne ikke bliver bundfældet. 

Dette kan ses ved hjælp af Tyndalls effekt, hvor vi lyser med intenst lys gennem vores opløsning. 

Man vil kunne se, at lyset flere steder i blandingen bliver reflekteret af kolloiderne i væsken. Dette 

er Tyndalls effekt og beviser tilstedeværelsen af kolloiderne. Dog skal man tage forbehold for f.eks. 

støvpartikler der kan forekomme. Det er også godt at bemærke, at det man ser i opløsningen, ikke er 

selve partiklen, da den er alt for lille til at se med vores øjne, men derimod ser man refleksionen af 

lyset. 

Kolloiderne i væsken er neutrale, men optager et lag af 

ensladede ioner, som derefter vil tiltrække et lag af modsatladede 

ioner. Der vil altså fremkomme en elektrostatisk frastødning 

mellem partiklerne, der gør, at de ikke aggregerer med hinanden 

og derfor ikke danner større partikler, der til sidst vil bundfælde. 

Figur 5 – Eksempel på to kolloider 

med ionlag. 


Dato: 21/09/2007 

Det kan dog godt lade sig gøre at få kolloiderne til at aggregere og derved ”ødelægge dem”. Dette 

kaldes koagulation og kan ske ved f.eks. opvarmning af opløsningen. Når man tilfører opløsningen 

varme, vil hastigheden af de kolloide partikler stige, og de vil støde ind i hinanden med en sådan 

hastighed, at ionlaget vil blive ødelagt, og partiklerne derfor vil aggregere med hinanden. Når dette 

sker tilstrækkelig mange gange, vil partiklen til sidst blive så stor at den bundfældes. Kolloiderne er 

altså afhængige af temperaturen, og det er vigtigt at vide, når de skal fremstilles. [2] 

Når vi vil fremstille guld-nanopartikler, gør vi det efter kolloid teori, da en guld-nanopartikel 

kemisk set er en kolloid, og opnår på den måde også videre i forløbet, at partiklerne ikke 

bundfælder og aldrig kommer frem til kræftcellen i kroppen. 

Forskellige synteser af guld-nanopartikler 

Der er mange forskellige måder at fremstille guld-nanopartikler på, der kan bruges til behandlingen 

af kræft. Der kan nævnes metoder som reduktion af forskellige stoffer til kolloidt guld vha. UV- 

stråling og ultralyd, og afsmeltningstekniker involverende laser. [4] I det følgende forklares to af de 

dominerende metoder og deres fordele. 

Syntese af kolloide guld-nanopartikler 

En af måderne at fremstille guld-nanopartikler på, er ved at lave en 

opløsning af HAuCl4 og destilleret vand og så tilsætte trinatriumcitrat- 

dihydrat, som reducerer og stabiliserer HAuCl4. Tetrachloroaurat-ionen [4] 

vil så under opvarmning blive reduceret til kolloide guldpartikler efter 

følgende reaktionsskema: 

Figur 6 – Kolloidt guld. 

6 AuCl - 4 + (-OOCCH2)2C(OH)(COO - ) + 15 OH - → 6 Au(kolloid) + 6 CO2 + 24 Cl - + 10 H2O [14] 

Dette foregår ved ca. 95 °C, indtil opløsningen bliver rød. Disse partikler får ved syntesen en 

gennemsnitlig størrelse på omkring 20 nm, men de vil aggregere i løbet af to timer. For at gøre 

nanopartiklerne mere holdbare tilsættes TWEEN20 (polysorbat). 


Dato: 21/09/2007 

Syntese af guld-nanoshells 

Guld-nanoshells består af en kerne af silicium med et tyndt lag guld rundt om. Disse bruges ofte i 

stedet for kolloide guld-nanopartikler, da de har mange af de samme egenskaber som 

nanopartiklerne. Fordelen ved nanoshells er, at man ved at variere tykkelsen af siliciumkernen og 

tykkelsen på guldlaget, kan variere de optiske egenskaber. Det vil altså sige, at man kan designe 

bølgelængden på de stråler, partiklen vil absorbere, så man f.eks. kan vælge den bølgelængde, hvor 

strålerne nemmest trænger igennem menneskevæv (Near-Infra-Red). Samtidig er guld-nanoshells 

mere modstandsdygtige over for kemisk denaturering. 

For at syntetisere guld-nanoshells starter man med at lave en opløsning af silicium-nanopartikler. 

Dette kan man gøre ved at reducere tetraethylorthosilicium med NH4OH i ethanol. Så laver man en 

nitratoverflade på siliciummet, så guldkolloiderne kan sætte sig fast på den vha. en molekylær 

forbindelse. Guldkolloider lægger sig på overfladen af silicium-nanopartiklen som et 

usammenhængende guldlag. Vha. en kemisk reduktion med kaliumcarbonat og HAuCl4, sættes 

Figur 7 – Guld-nanoshells. 

mere guld på siliciumoverfladen. Fordi man til denne syntese 

bruger de samme kemiske metoder som ved en guldkolloid 

syntese, er overfladen på en guld-nanoshell kemisk magen til 

overfladen på en guld-nanopartikel. Dette gør selvfølgelig, at 

guld-nanoshells har de samme kemiske egenskaber på 

overfladen som kolloide guldpartikler. Derfor kan man bruge 

den følgende metode til at sætte antistoffer på overfladen af 

både guld-nanopartikler og guld-nanoshells. [7] 

Guld-nanopartikler og svovlbroer 

En guld-nanopartikel er elektrisk neutral, men dette forhindrer den ikke i at have en 

overfladespænding. Det kommer af den måde en guld-nanopartikel er opbygget på, som er forklaret 

i det følgende. Når man laver en guld-nanopartikel, samler den sig af partikler på væskeform til en 

kerne. Denne kerne tiltrækker andre atomer, der lægger sig over kernen som et kuglelag. Dette 

kuglelag vil så være trukket ind mod kernen af en binding. Indersiden er negativt ladet, og 

ydersiden er positivt ladet. Det kan begrundes med en større tæthed af elektroner inde i selve stoffet. 

Denne overfladespænding er ens over hele partiklen.[2] 


Dato: 21/09/2007 

Når overfladen har en positiv ladning, er man i stand til at binde en negativt ladet partikel på 

ydersiden med krydsbinding. I denne sammenhæng er det mest aktuelt at binde et svovlatom, som 

sidder i enden af en kulstofkæde på guld-nanopartiklen. En meget praktisk løsning er at binde en 

kulstofkæde med en HS-forbindelse i den ene ende og en vilkårlig aktiv gruppe alt afhængig af, 

hvad man ønsker, i den anden. Her kommer så PSA, Prostate-Specific Antigene, ind i billedet. Dette 

protein er et direkte antigen til prostatakræft. 

PSA er et protein bygget op af aminosyrer, som derfor kan bindes til en kulstofkæde, hvis man 

matcher endegrupperne. De aktive grupper i PSA har hver deres opbygning, og man kan derfor 

binde dem på forskellig vis til en kulstofkæde. Det kan lade sig gøre, hvis man har den rigtige 

aktive gruppe i enden af kulstofkæden, som er bundet til guld-nanopartiklen gennem svovlet, og 

eksempelvis kan man bruge en syregruppe til at binde sig på kvælstofgruppen på en lysinsyre med 

en peptidbinding. Bindingen er en fordel, da det er en stærk kovalent binding, 

som ikke opløses ved småting. Bindingen modstår pH-værdier helt ned til 1 og 

temperaturer op til 60 °C. Dog findes der flere forskellige løsninger, 

eksempelvis den mulighed at bruge en cysteinsyre som bindes direkte på guld- 

nanopartiklen, i forbindelse med det svovlatom, som denne er udstyret med til at 

binde direkte på guldpartiklen. En cystien findes bl.a. i den anden aktive gruppe 

af PSA. Så kan man hæfte en guld-nanopartikel på et protein, som kan genkende 

prostatakræft. 

Guld-nanopartiklernes opførsel i organismen 

Guld-nanopartiklerne har nogle specielle egenskaber, som gør, at de kan bruges til at lokalisere 

kræftcellerne i menneskets krop og fæste sig til dem. Hvis man ændrer på guld-nanopartiklernes 

struktur fra værende guld-nanokugler til guld-nanocylindere, kan de nemmere finde kræftcellerne. 

Guld-nanocylindere bliver kaldt nanostænger, og de kan komme dybere ind i kroppen og finde 

kræftsvulster. 

De fleste kræftceller har et protein, som kaldes 

Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) over hele 

deres overflade, mens normale celler ikke har det i så 

store mængder. Ved at binde et antistof, kaldet anti- 

EGFR, på en guld-nanopartikel, så vil guld- 

Figur 8 – Cystein. 

Figur 9 – Her ses hvordan guldnanopartikler 

hæfter sig til en kræftcelle. 


Dato: 21/09/2007 

nanopartiklen fæste sig til en kræftcelle og lyse op i forhold til de almindelige celler. Når man 

ændrer guld-nanopartiklerne fra kugleformede til nanostænger, kan man sænke frekvenserne, som 

guld-nanopartiklerne reagerer på fra det synlige lysspektrum. Da kan man få guld-nanopartiklerne 

til at reagere på det infrarøde lysspektrum, som gør det muligt for infrarød laserstråling at gå 

længere ind under huden og udslette kræftceller uden at gøre betydelig skade på det 

omkringliggende væv. En anden fordel med denne nye teknologi er, udover at gøre det muligt at 

lokalisere kræftcellerne, at man kan halvere kraften som bruges under laserstrålebehandling. [15] 

Figur 10 – Billedet viser hvordan 

guld-nanopartikler har fæstet sig til 

kræftcellerne. Bemærk de store 

lyse områder. 

Til medicinsk brug i lokalisering af kræftceller bruges typisk 

større guld-nanopartikler, hvor antistoffer mod et ønsket protein 

fastgøres på partiklerne. Man har fundet ud af, at guld- 

nanopartikler af en størrelse på 35 nm [4], virker bedst til 

formålet. Guld-nanopartiklerne kan derefter i en mikroskopisk 

undersøgelse afsløre, om target-proteinet er til stede, hvor og i 

hvor stor en mængde. 

Med nanopartiklernes størrelse er det nu muligt at undersøge 

væv, celler og områder i celler. Man kan bruge guld- 

nanopartikler eller quanteprikker i forskellige størrelser afhængigt af hvilke mål disse skal kunne 

lokalisere. 

I fremtiden håbes der meget på, at der udover placering af antistoffer på guld-nanopartiklerne mod 

bestemte proteiner, at det vil blive muligt at give guld-nanopartiklerne en dobbeltfunktion således, 

at medicin mod kræft kan blive hæftet på dem, så en behandling kan blive mulig. Af andre idéer 

inden for behandling kan der nævnes, at man vil have mulighed for at brænde sygt væv af vha. 

guld-nanopartiklernes optiske egenskaber som stærkt lydabsorberende. [6] 

Brugen af guld-nanopartikler er stadig ikke udbredt, pga. uvisheden om eventuelle bivirkninger. 

Man har bl.a. prøvet at blande guld-nanopartikler og brystkræftceller sammen og lyse på dem, 

hvilket resulterede i, at alle kræftcellerne blev dræbt. Man har også indsprøjtet guld-nanopartikler i 

mus med kræft, som også gav et positivt resultat. Alle kræftcellerne blev dræbt inden for nogle 

dage. Musene som blev brugt under dette forsøg var i live 150 dage efter eksperimenterne og havde 

ingen tegn på nogen tumorvækst [16]. Desuden har man også prøvet at eksperimentere med at 


Dato: 21/09/2007 

drikke nanoguldvand under 10 nm i forbindelse med prostatakræft, for at sænke PSA’en. PSA er en 

måde at måle, hvor stor en mængde prostatakræft man har. I alle tilfældene førte dette til, at PSA’en 

sank, og i et forsøgene blev PSA-værdien lig nul [17]. Brugen af guld-nanopartikler ser vældig 

positiv ud. Den er under stor udvikling, og man håber i den nærmeste fremtid, at dette kan være det 

store gennembrud for at få helbredt kræft en gang for alle. 


Dato: 21/09/2007 

Konklusion 

Efter at have arbejdet med projektet, kan vi konkludere, at guld-nanopartikler opnår særlige optiske 

egenskaber, når de kommer på nanoskala. Dette kan benyttes til behandling af kræft. Når en guld- 

nanopartikel modtager lys, opstår der plasmoner på overfladen, som sammen med elektronernes 

oscillation, skaber en resonans. Disse elektronmagnetiske bølger skaber en absorption af et bestemt 

bølgelængdeområde. Denne overfladeplasmonresonans udnyttes idet farveskiftet afhænger af 

massetætheden. Ved at lade to guld-nanopartikler komme tæt nok på hinanden, skabes et farveskift 

fra rød til lilla. Når et antistof af proteinet EGFR bindes til guld-nanopartikler kan man nemmere få 

dem til at fæste sig til kræftcellerne, og pga. partiklernes optiske egenskaber er det muligt at 

detektere dem. Samtidig med detektering af tætsiddende guld-nanopartikler, er det muligt at 

opvarme dem og deres omgivelser til bekæmpelse af kræftsvulst. 

Guld-nanopartikler er guldkolloider og de derved følgende egenskaber er fordelagtigt i medicinsk 

øjemed. Der er mange forskellige måder at fremstille disse guld-nanopartikler på, men især guld- 

nanoshells har vist sig at være ekstra favorable, da man nemmere kan designe deres optiske 

egenskaber. Derudover har guld-nanopartikler en række kemiske egenskaber, som gør det muligt at 

forbinde dem til biologisk aktive komponenter, og derved kan de lokalisere kræftceller. 

I fremtiden håbes og satses der på, at man udover at knytte antistoffer på guld-nanopartikler, også 

kan binde medicin på, så en medicinsk behandling bliver mulig. Eksperimenter har indtil nu vist 

positive resultater for behandling af kræft ved hjælp af guld-nanopartikler. Man har dog ikke 

overført forsøgene til mennesker, da man stadig er i tvivl om bivirkningerne for tilstedeværelsen af 

guld-nanopartikler i kroppen. 


Referenceliste 

Dato: 21/09/2007 

Bøger: 

[1] Kræftens Bekæmpelse, Kort om kræft, Erhvervsskolernes forlag, Svendborg 2002, s. 7-9. 

[2] Steven S. Zumdahl & Susan A. Zumdahl, Chemistry Ed. 7, University of Illinois, 2007, Kap. 

11.8. 

[3] Kræftens Bekæmpelse: Kort om kræft, Erhvervsskolernes forlag, 2002, s. 37-38 & s. 7-9,11- 

12,19-20. 

[4] Challa Kumar: Nanomaterials for Cancer Diagnosis, Louisiana state university 2007, s. 87 & 

106-110. 

[5] Mike van der Poel & Alexandra Boltasseva, Optiske horisonter, Kapitel 1, Institut for 

Kommunikation, Optik & materialer, DTU, 2007. 

Artikler: 

[6] Dansk kemi, 88, nr.6/7, 2007, s. 14+15. 

[7] Technology in Cancer Research & Treatment, Vol. 3, nr. 1, Februar 2004. 

[8] Eliza Hutter & Janos H. Fendler, Exploitation of Localized Surface Plasmon Resonance, 

WILEY-VCH forlag, Department of Chemistry and Center for Advanced Materials Processing, 

Clarkson University, 2004. 

[9] W. Rechberger, A. Hohenau, A. Leitner, J.R. Krenn, B. Lamprecht, F.R. Aussenegg, Optical 

properties of two interacting gold nanoparticles, Institute for Experimental Physics, Karl-Franzens- 

University Graz and Erwin-Schrödinger Institute for Nanoscale Research, 2003. 

[10] M1: Alexander O. Govorov og Hugh H. Richardson; Generating Heat with Metal 

Nanoparticles; Nanotoday; Volume 2; februar 2007; side 30-38. 

[11] Hugh H. Richardson, Zackary N. Hickman, Alexander O. Govorov, 

Alyssa C. Thomas, Wei Zhang, and Martin E. Kordesch; Thermooptical Properties of Gold 

Nanoparticles Embedded in Ice: Characterization of Heat Generation and Melting; Vol. 6; Nr. 4. 

[12] Alexander O. Govorov og Hugh H. Richardson; Generating Heat with Metal Nanoparticles; 

Nanotoday; Volume 2; februar 2007; side 30-38. 


Websteder: 

[13] www.cancer.dk, Kræftens Bekæmpelse, d. 19/09/2007. 

Dato: 21/09/2007 

[14] Professor Thomas Bjørnholm, Lærervejledning: Syntese af kolloidt guld, URL: 

http://www.nanotek.nu/word/syntese_af_kolloidt_guld_l_word. 

[15] NCI: National Cancer Institute, Alliance for Nanotechnology in Cancer, URL: 

http://nano.cancer.gov/news_center/nanotech_news_2006-03-27b.asp. 

[16] New Scientist (Magazine): Gold “nano-bullets” shoot down tumours 13:02 04 November 2003 

NewScientist.com news service Shaoni Bhattacharya, URL: 

http://www.newscientist.com/article/dn4341.html. 

[17] Nanotech 2007 Vol.2: Technical Proceedings of the 2007 NSTI Nanotechnology Conference 

and Trade Show, Volume 2. Nano gold can drop PSA level, forfatter H.D. Shen, s. 325-328, URL: 

http://www.nsti.org/procs/Nanotech2007v2/4/W78.203. 

Eksperimenter: 

[18] H. Tamaru, H. Kuwata, H.T. Miyazaki, K. Miyano, Appl. Phys. Lett. 80 (2002) 1826. 

[19] S.A. Maier, M.L. Brongersma, P.G. Kik, S. Meltzer, A.A.G. Requicha, H.A. Atwater, Adv. 

Mater. 13 (2001) 1501. 

Figurer: 

Figur 1: Mike van der Poel & Alexandra Boltasseva, Optiske horisonter, Kapitel 1, Institut for 

Kommunikation, Optik & materialer, DTU, 2007. 

Figur 2 og 3: W. Rechberger, A. Hohenau, A. Leitner, J.R. Krenn, B. Lamprecht, F.R. Aussenegg, 

Optical properties of two interacting gold nanoparticles, Institute for Experimental Physics, Karl- 

Franzens-University Graz and Erwin-Schrödinger Institute for Nanoscale Research, 2003. 

Figur 4: Alexander O. Govorov og Hugh H. Richardson; Generating Heat with Metal 

Nanoparticles; Nanotoday; Volume 2; februar 2007; side 30-38. 

Figur 5: Zumdahl & Zumdahl, Chemistry Ed. 7, University of Illinois, 2007, Kap. 11.8. 

Figur 6: Professor Thomas Bjørnholm, Lærervejledning: Syntese af kolloidt guld, URL: 

http://www.nanotek.nu/word/syntese_af_kolloidt_guld_l_word. 

Figur 7: Technology in Cancer Research & Treatment, Vol. 3, nr. 1, Februar 2004. 

Figur 8: Lavet af Lasse Christiansen i programmet ChemSketch. 

Figur 9: Institute for nano scale technology, University of Technolgy Sydney URL: 

http://www.nano.uts.edu.au/research/nanobody.html. 

Figur 10: Dansk Kemi, Kemisk månedsblad nr. 6/7, Juni 2007, 88. årgang.

Guld-nanopartiklers optiske egenskaber - Nanolog

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?