1. Nanomedizin Gesamtversion

2. 1. Einführung

3. Die Dimension des Nanometers Quellen: Diverse

4. Die Dimension des Nanometers Quellen: Diverse 0.1 1 10 100 1 10 100 1 10 100 nm nm nm nm μ m μ m μ m mm mm mm mehrzellige Organismen eukaryotische Zellen Bakterien Viren org. Moleküle Atome Makromoleküle Zellorganellen 1 nm = 10 -9 m Menschliches Haar

5. Quellen: sinnesphysiologie.de / kt.infrarot.de / uni-saarland.de / NANO-4-SCHOOLS 0.1 1 10 100 1 10 100 1 10 100 nm nm nm nm μ m μ m μ m mm mm mm menschliches Auge Lichtmikroskopie Elektronenmikroskopie Rastersondenmikroskopie mehrzellige Organismen eukaryotische Zellen Bakterien Viren org. Moleküle Atome Makromoleküle 0.2 nm 0.2 μ m 0.2 mm Blick in die Nanowelt

6. Detektor (Photodiode) piezogesteuerte Messeinheit mit Federbalken Probe (Oberfläche = Topographie) Laserstrahl Quelle: Nanosurf Das Rasterkraftmikroskop (AFM)

7. Quelle: EMPA Topographie-Lernprogramm; almaden.ibm.com/vis/stm/gallery.html Alpenlandschaft (25 km 2 ) Reliefdarstellung einer sandgestrahlten Oberfläche (0.25 mm 2 ) (AFM-Aufnahme) STM-Aufnahme einer Kupferoberfläche (ca. 5 nm 2 ) Topographie: eine Frage der Grössenordnung

10. 2. Anwendungen

11. Nanoroboter

12. Verbreitung am Markt Markteintritt Prototyp Konzept Antimikrobielle Beschichtungen Biosensoren Nanoskalige Kontrastmittel Nanokrebstherapie Neuro-Kopplung Nanopartikel als Markerstoffe Nanopartikel zum Wirkstofftransport Lab-on-a-chip Systeme Biokompatible Implantate Theranostik Tissue Engineering Intelligente Drug Delivery-Systeme Molekulare Krebs-früherkennung Quelle: Hessen Nanotech „Nanomedizin“ 0-5 Jahre 5-10 Jahre 10-15 Jahre Anwendungen der Nanotechnologie in der Medizin

13. Quelle: DiaCCon GmbH Mit nanometergrossen Diamantpartikeln beschichtete Gelenkimplantate haben besonders gute Gleiteigenschaften und zeigen zudem eine stark verminderte Abriebsbildung. > erhöhte Biokompatibilität und Langzeitstabilität Knieprothese Schenkelhalsprothese Biokompatible Implantate

14. Quelle: MagForce GmbH Nano-Eisenpartikel lagern an die Zellen des Glioblastoms resp. werden in diese aufgenommen. Nano-Eisenpartikel werden in das Tumorgewebe eingespritzt. Mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes werden die magnetischen Nano-Eisenpartikel erwärmt, dadurch wird der Tumor zerstört! Glioblastom: aggressiver, schnell wachsender Hirntumor Nanokrebstherapie

15. Quelle: www.hessen-nanotech.de krankes Gewebe oder Krankheitserreger Y Marker („Schloss“) Y Y Y Zielfindungsmolekül („Schlüssel“) z.B. Oligo-nukleotid oder Eiweiss Kontrastmittel z.B. Lanthanide als Quantenpunkte (Dots) Das Kontrastmittel und das Zielfindungsmolekül werden an einen Nanopartikel gekoppelt. Durch das Zielfindungsmolekül erfolgt die Anreicherung im kranken Gewebe oder auf einem Krankheitserreger. Nanoskalige Kontrastmittel Nanopartikel z.B. Phosphor

16. Liposomen sind nanoskalige Aggregate bestehnd aus einer Doppelschicht Phospholipid-Molekülen. Damit lassen sich Wirkstoffe einkapseln und im Körper gezielt transportieren. Die gleiche Funktion haben Micellen, Polymer-Nanopartikel, Polymer-Wirkstoff-Konjugate oder anorganische Nanopartikel. Beispiel: PEGASYS (Polymer-Protein-Konjugat). hydrophober Schwanz hydrophiler Kopf Micelle Phospholipid-Molekül Liposom Quellen: Encyclopedia Britannica Wirkstofftransport: Liposomen

17. Quellen: wikipedia; Gambro Micelle Semipermeable, nanoporöse Filtermembranen bilden wirksame Barrieren für Viren. Dadurch sinkt bei der Blutdialyse das Infektionsrisiko! Nanoporöse Membran aus Silicium 50 nm Nanofiltration

18. 3. Nanomedizin: Anwendungen

19. Selbstdiagnostika Microarrays Lab-on-a-chip-Systeme Übersicht Nanoanalytik

20. Quellen: Migros; NANO-4-SCHOOLS negativ positiv Selbstdiagnostika

21. Biochip mit Biosensor Lab-on-chip-Systeme

22. Aufbau Biochip Quelle: thinXXS Microtechnology AG

23. Goldelektroden Fänger-molekül gesuchte Probe (DNS) Biotin alkalische Phosphatase Substrat Phosphat aus Substrat Reduktions-Oxi-dationszyklus des Phosphates löst Stromfluss aus Quelle: Pictures of the future. Herbst 2004 Biosensor – Funktionsprinzip Quicklab

24. Cantilever werden mit Fängermolekülen bestückt. Binden passende Moleküle aus der Probe an ein Fängermolekül, führt dies zu einer Auslenkung des Cantilevers. Dies kann mit einem Laser gemessen werden. Quelle: Concentris Biosensor auf Basis der Cantilevertechnik

25. Microarrays – Gen-Chips 13 mm

26. Auswertung Microarrays I

27. Auswertung Microarrays II Quelle: www.schule-bw.de/unterricht/faecher/biologie/material/zelle/dna1/index.html

29. Personalized Genomics – Sinn und Unsinn