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Kolloidale Kraftspektroskopie an Modelloberflächen mit definierten Elektronenakzeptor- und Elektronendonoreigenschaften

Einordnung und Ziel der Arbeiten
Das Thema ist angelehnt an das Leitmotiv des Institutes "Biotechniques at Interfaces" und gliedert sich im Fachbereich Biowerkstoffe in ein laufendes Vorlaufforschungsprojekt ein.
Das Ziel der geplanten Arbeiten ist es, über selbstorganisierende, monomolekulare Schichten den Einfluss der Elektronendonor bzw. ~akzeptor Eigenschaften dieser Schichten kraftspektroskopisch zu untersuchen sowie die gemessenen Parameter mit Ergebnissen biologischer Tests zu korrelieren.
Eine einfache Möglichkeit zur Herstellung solcher Oberflächen bietet die Chemisorption von Thiolen auf Goldoberflächen. Dabei bindet die Mercapto-Gruppe des jeweiligen Thiols chemisorptiv am Goldsubstrat. Bei hinreichend langen, linearen Kohlenwasserstoffketten bildet sich durch die hydrophoben Anziehungen der C-C Ketten eine selbstorganisierende, monomolekulare Schicht (engl. Self Assembled Monolayer - SAM). Über die Wahl der Kopfgruppe des Thiols können daher die physikochemischen Oberflächen- bzw. Grenzflächeneigenschaften gezielt eingestellt werden.
Es soll mit den angedachten Arbeiten ein Beitrag zum Verständnis des Einflusses verschiedener oberflächenenergetischer Parameter auf die biologische Antwort erarbeitet werden, um Oberflächen aufgrund dieser Erkenntnisse gezielt zu funktionalisieren bzw. bereits beobachtete Phänomene an Grenzflächen besser interpretieren zu können.
Mit Hilfe der kolloidalen Kraftspektroskopie können Kräfte, die an Grenzflächen auftreten, höchstaufgelöst bis in den Pikonewton-Bereich hinein bestimmt werden. Grundlage hierfür ist die Immobilisierung definierter Geometrien (Kugel) an spitzenlose Cantilever des Rasterkraftmikroskops (engl. Atomic Force Microscope - AFM).
Das Ziel der Arbeit besteht neben der Herstellung oben genannter Schichtsysteme in der messtechnischen Erfassung der an der Grenzfläche auftretenden Wechselwirkungskräfte mittels AFM-Messungen.
Die erhaltenen Ergebnisse sollen die Grundlage für die Interpretation der biologischen Systemantwort auf die genannten Modelloberflächen legen.

Arbeitsschwerpunkte

  • Literaturrecherche zu den Themen Oberflächenenergie, Säure/Base-Theorie und Modifizierung von Oberflächen
  • Weiterentwicklung einer existierenden Beschichtungsprozedur zur reproduzierbaren Modifikation von Goldsubstraten mit definierten Elektronenakzeptor- und -donoreigenschaften
  • Einarbeitung in die Kontaktwinkelmessung, Zetapotenzialmessung und kolloidale Kraftspektroskopie
  • Kraftspektroskopische Charakterisierung der generierten Oberflächen mittels kolloidaler Kraftspektroskopie
  • Korrelation der Ergebnisse mit Daten aus biologischen Versuchen (Adsorption von Blutproteinen, mikrobielle Adhäsion)
  • Auswertung und Diskussion der gewonnenen Daten, Anfertigen der Thesis

Anforderungen
Die vorgesehenen Arbeiten erfordern sehr gute Kenntnisse in anorganischer und physikalischer Chemie. Eine sorgfältige Laborpraxis ist zwingend erforderlich, Kennnisse in oberflächenanalytischen Methoden sind von Vorteil.


detaillierte Informationen: pdf-Datei
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. K. Liefeith

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