@phdthesis{Buller2013,
  author    = {Buller, Jens},
  title     = {Entwicklung neuer stimuli-sensitiver Hydrogelfilme als Plattform f{\"u}r die Biosensorik},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-66261},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2013},
  abstract  = {Diese Arbeit befasst sich mit der Synthese und der Charakterisierung von thermoresponsiven Polymeren und ihrer Immobilisierung auf festen Oberfl{\"a}chen als nanoskalige d{\"u}nne Schichten. Dabei wurden thermoresponsive Polymere vom Typ der unteren kritischen Entmischungstemperatur (engl.: lower critical solution temperature, LCST) verwendet. Sie sind bei niedrigeren Temperaturen im L{\"o}sungsmittel gut und nach Erw{\"a}rmen oberhalb einer bestimmten kritischen Temperatur nicht mehr l{\"o}slich; d. h. sie weisen bei einer bestimmten Temperatur einen Phasen{\"u}bergang auf. Als Basismaterial wurden verschiedene thermoresponsive und biokompatible Polymere basierend auf Diethylenglykolmethylethermethacrylat (MEO2MA) und Oligo(ethylenglykol)methylethermethacrylat (OEGMA475, Mn = 475 g/ mol) {\"u}ber frei radikalische Copolymerisation synthetisiert. Der thermoresponsive Phasen{\"u}bergang der Copolymere wurde in w{\"a}ssriger L{\"o}sung und in gequollenen vernetzten d{\"u}nnen Schichten beobachtet. Außerdem wurde untersucht, inwiefern eine selektive Proteinbindung an geeignete funktionalisierte Copolymere die Phasen{\"u}bergangstemperatur beeinflusst. Die thermoresponsiven Copolymere wurden {\"u}ber photovernetzbare Gruppen auf festen Oberfl{\"a}chen immobilisiert. Die n{\"o}tigen lichtempfindlichen Vernetzereinheiten wurden mittels des polymerisierbaren Benzophenonderivates 2 (4 Benzoylphenoxy)ethylmethacrylat (BPEM) in das Copolymer integriert. D{\"u}nne Filme der Copolymere mit ca. 100 nm Schichtdicke wurden {\"u}ber Rotationsbeschichtung auf Siliziumwafer aufgeschleudert und anschließend durch Bestrahlung mit UV Licht vernetzt und auf der Oberfl{\"a}che immobilisiert. Die Filme sind stabiler je gr{\"o}ßer der Vernetzeranteil und je gr{\"o}ßer die Molmasse der Copolymere ist. Bei einem Waschprozess nach der Vernetzung wird beispielsweise aus einem Film mit moderater Molmasse und geringem Vernetzeranteil mehr unvernetztes Copolymer ausgewaschen als bei einem h{\"o}hermolekularen Copolymer mit hohem Vernetzeranteil. Die Quellbarkeit der Polymerschichten wurde mit Ellipsometrie untersucht. Sie ist gr{\"o}ßer je geringer der Vernetzeranteil in den Copolymeren ist. Schichten aus thermoresponsiven OEG Copolymeren zeigen einen Volumenphasen{\"u}bergang vom Typ der LCST. Der thermoresponsive Kollaps der Schichten ist komplett reversibel, die Kollapstemperatur kann {\"u}ber die Zusammensetzung der Copolymere eingestellt werden. F{\"u}r einen Vergleich dieser Eigenschaften mit dem gut charakterisierten und derzeit wohl am h{\"a}ufigsten untersuchten thermoresponsiven Polymer Poly(N-isopropylacrylamid) (PNIPAM) wurden zus{\"a}tzlich photovernetzte Schichten aus PNIPAM hergestellt und ebenfalls ellipsometrisch vermessen. Im Vergleich zu PNIPAM verl{\"a}uft der Phasen{\"u}bergang der Schichten aus den Copolymeren mit Oligo(ethylenglykol)-seitenketten (OEG Copolymere) {\"u}ber einen gr{\"o}ßeren Temperaturbereich. Mit Licht einer Wellenl{\"a}nge > 300 nm wurden die photosensitiven Benzophenongruppen selektiv angeregt. Bei der Verwendung kleinerer Wellenl{\"a}ngen vernetzten die Copolymerschichten auch ohne die Anwesenheit der lichtempfindlichen Benzophenongruppen. Dieser Effekt ließ sich zur kontrollierten Immobilisierung und Vernetzung der OEG Copolymere einsetzen. Als weitere Methode zur Immobilisierung der Copolymere wurde die Anbindung {\"u}ber Amidbindungen untersucht. Dazu wurden OEG Copolymere mit dem carboxylgruppenhaltigen 2 Succinyloxyethylmethacrylat (MES) auf mit 3 Aminopropyldimethylethoxysilan (APDMSi) silanisierte Siliziumwafer rotationsbeschichtet, und mit dem oligomeren α, ω Diamin Jeffamin® ED 900 vernetzt. Die Vernetzungsreaktion erfolgte ohne weitere Zus{\"a}tze durch Erhitzen der Proben. Die Hydrogelschichten waren anschließend stabil und zeigten neben thermoresponsivem auch pH responsives Verhalten. Um zu untersuchen, ob die Phasen{\"u}bergangstemperatur durch eine Proteinbindung beeinflusst werden kann, wurde ein polymerisierbares Biotinderivat 2 Biotinyl-aminoethylmethacrylat (BAEMA) in das thermoresponsive Copolymer eingebaut. Der Einfluss des biotinbindenen Proteins Avidin auf das thermoresponsive Verhalten des Copolymers in L{\"o}sung wurde untersucht. Die spezifische Bindung von Avidin an das biotinylierte Copolymer verschob die {\"U}bergangstemperatur deutlich zu h{\"o}heren Temperaturen. Kontrollversuche zeigten, dass dieses Verhalten auf eine selektive Proteinbindung zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Thermoresponsive OEG Copolymere mit photovernetzbaren Gruppen aus BPEM und Biotingruppen aus BAEMA wurden {\"u}ber Rotationsbeschichtung auf Gold- und auf Siliziumoberfl{\"a}chen aufgetragen und durch UV Strahlung vernetzt. Die spezifische Bindung von Avidin an die Copolymerschicht wurde mit Oberfl{\"a}chenplasmonenresonanz und Ellipsometrie untersucht. Die Bindungskapazit{\"a}t der Schichten war umso gr{\"o}ßer, je kleiner der Vernetzeranteil, d. h. je gr{\"o}ßer die Maschenweite des Netzwerkes war. Die Quellbarkeit der Schichten wurde durch die Avidinbindung erh{\"o}ht. Bei hochgequollenen Systemen verursachte eine Mehrfachbindung des tetravalenten Avidins allerdings eine zus{\"a}tzliche Quervernetzung des Polymernetzwerkes. Dieser Effekt wirkt der erh{\"o}hten Quellbarkeit durch die Avidinbindung entgegen und l{\"a}sst die Polymernetzwerke schrumpfen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Suetterlin2013,
  author    = {S{\"u}tterlin, Martin},
  title     = {New inverse hydogel opals as protein responsive sensors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-70179},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2013},
  abstract  = {In this work, the development of temperature- and protein-responsive sensor materials based on biocompatible, inverse hydrogel opals (IHOs) is presented. With these materials, large biomolecules can be specifically recognised and the binding event visualised. The preparation of the IHOs was performed with a template process, for which monodisperse silica particles were vertically deposited onto glass slides as the first step. The obtained colloidal crystals with a thickness of 5 μm displayed opalescent reflections because of the uniform alignment of the colloids. As a second step, the template was embedded in a matrix consisting of biocompatible, thermoresponsive hydrogels. The comonomers were selected from the family of oligo(ethylene glycol)methacrylates. The monomer solution was injected into a polymerisation mould, which contained the colloidal crystals as a template. The space in-between the template particles was filled with the monomer solution and the hydrogel was cured via UV-polymerisation. The particles were chemically etched, which resulted in a porous inner structure. The uniform alignment of the pores and therefore the opalescent reflection were maintained, so these system were denoted as inverse hydrogel opals. A pore diameter of several hundred nanometres as well as interconnections between the pores should facilitate a diffusion of bigger (bio)molecules, which was always a challenge in the presented systems until now. The copolymer composition was chosen to result in a hydrogel collapse over 35 °C. All hydrogels showed pronounced swelling in water below the critical temperature. The incorporation of a reactive monomer with hydroxyl groups ensured a potential coupling group for the introduction of recognition units for analytes, e.g. proteins. As a test system, biotin as a recognition unit for avidin was coupled to the IHO via polymer-analogous Steglich esterification. The amount of accessible biotin was quantified with a colorimetric binding assay. When avidin was added to the biotinylated IHO, the wavelength of the opalescent reflection was significantly shifted and therefore the binding event was visualised. This effect is based on the change in swelling behaviour of the hydrogel after binding of the hydrophilic avidin, which is amplified by the thermoresponsive nature of the hydrogel. A swelling or shrinking of the pores induces a change in distance of the crystal planes, which are responsible for the colour of the reflection. With these findings, the possibility of creating sensor materials or additional biomolecules in the size range of avidin is given.},
  language  = {en}
}