Inaktivierung von Proteinen und Zellen durch Laserbestrahlung von ...

Diskussion 203
labilen Aminosäuren, so erhöht sich die Zahl bei alkalischer Phosphatase um 262
und bei α-Chymotrypsin um 19. Aufgrund der deutlich stärkeren Inaktivierung
der Goldkonjugate muss jedoch ein mit der Goldoberfläche zusammenhängender
Effekt für die Inaktivierung hinzukommen. Eine an einzelnen metallischen Nanostrukturen
und Gold-Nanopartikeln beobachtete Feldverstärkung [192, 146, 187]
könnteeineVerstärkung der in den Proteinen absorbierten Energie um ein bis
zwei Größenordnungen bewirken. Eine solche Verstärkung reicht aus, um die
Inaktivierungskurven der Proteine nach Pikosekundenbestrahlung über eine photochemische
Denaturierung zu erklären.
Eine weiterer photochemischer Mechanismus wurde in Zusammenhang mit der
Bestrahlung von Gold-Nanopartikeln von Zhang [205] und McGrath vorgeschlagen.
Bei Bestrahlung von 100 nm Goldpartikeln mit etlichen J/cm2 (532 nm;
ns-Pulse) konnte eine Verringerung der Partikelgröße in Verbindung mit der Bildung
von Au3+ Ionen nachgewiesen werden [121]. Diese wurden durch Zusatz
von CN − , das das Gold als [Au (CN) 4 ] − bindet, nachgewiesen. Außerdem ver-
schwand die für Goldkolloide charakteristische Absorptionsbande bei 530 nm. Angenommen
wird von McGrath ein thermisch erzeugter Übergang von Elektronen
aus den Partikeln ins Wasser, dem die Ablösung von Goldionen folgt. Bei hohen
Temperaturen ist die Bildung von freien Elektronen vergleichbar mit der
Freisetzung von thermischen Elektronen von heißen Metallen im Vakuum. Die
Lebensdauer ist jedoch aufgrund der reaktiven Umgebung wesentlich kürzer und
kann am ehesten mit der Lebensdauer von freien Elektronen in Wasser verglichen
werden, die im Bereich von 10 ps liegt [116]. Die freien Ladungsträger können
eine chemische Denaturierung von Proteinen bewirken.
Die Diskussion möglicher Schadensmechanismen der stark lokalisierten Proteininaktivierung
durch Gold-Nanopartikel zeigt, dass sich aus der vorliegenden Arbeit
und der Literatur noch kein vollständiges Bild der physiaklisch-chemischen
Prozesse und der Kinetik der beteiligten Prozesse ergibt. In den verschiedenen
Zeit- und Bestrahlungsparameterbereichen kann jedoch mit einer Blasenbildung
ab dem spinoidalen Punkt und einer anschließenden weiteren Erhöhung der Temperatur
bis über den Schmelzpunkt von Gold gerechnet werden. Dabei kommt es
auch zu einer Fragmentation der Partikel. Chemische Reaktionen wurden in Zusammenhang
mit Goldpartikeln, die bei diesen Bedingungen bestrahlt wurden, in
der Literatur beschrieben. Aufgrund dieser extremen Bedingungen an den Partikeloberflächen
nach Bestrahlung ist eine Trennung thermischer, mechanischer