TY  - THES
A1  - Zarafshani, Zoya
T1  - Chain-end functionalization and modification of polymers using modular chemical reactions
T1  - Ketten-Ende Funktionalisierung und Modifikation von Polymeren mittels modulare chemischen Reaktionen
N2  - Taking advantage of ATRP and using functionalized initiators, different functionalities were introduced in both α and ω chain-ends of synthetic polymers. These functionalized polymers could then go through modular synthetic pathways such as click cycloaddition (copper-catalyzed or copper-free) or amidation to couple synthetic polymers to other synthetic polymers, biomolecules or silica monoliths. Using this general strategy and designing these co/polymers so that they are thermoresponsive, yet bioinert and biocompatible with adjustable cloud point values (as it is the case in the present thesis), the whole generated system becomes "smart" and potentially applicable in different branches. The applications which were considered in the present thesis were in polymer post-functionalization (in situ functionalization of micellar aggregates with low and high molecular weight molecules), hydrophilic/hydrophobic tuning, chromatography and bioconjugation (enzyme thermoprecipitation and recovery, improvement of enzyme activity). Different α-functionalized co/polymers containing cholesterol moiety, aldehyde, t-Boc protected amine, TMS-protected alkyne and NHS-activated ester were designed and synthesized in this work.
N2  - In dieser Arbeit wurden mittels der ATRP Methode sowie durch Benutzung funktioneller Initiatoren verschiedene Funktionalitäten an der α- und ω-Position der synthetischen Polymere (Kettenenden) eingeführt. Diese funktionalisierten Polymere können durch modulare synthetische Methoden wie z.B. die “Klick-Zykloaddition” (kupferkatalysiert oder auch kupferfreie Methoden möglich), Amidierung mit anderen synthetischen Polymeren oder Biomolekülen, oder auch mit Silikatmonolithen gekuppelt werden. Den beschriebenen Strategien folgend und unter Benutzung von thermoresponsiven, bioinerten und biokompartiblen (Co-) Polymeren mit einstellbaren Trübungspunkten können mittels Temperaturänderungen leicht steuerbare, „smarte“ Polymersysteme für verschiedene Anwendungen hergestellt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden speziell Anwendungen wie die Postfunktionalisierung (in situ Funktionalisierung mizellarer Aggregate mit Molekülen, die sowohl niedrige als auch höhere Molekulargewichte aufweisen), hydrophiles/hydrophobes Tuning von Polymeren, Chromatographie an Polymeren sowie Biokonjugation von Polymeren (Enzymthermoprezipitation und -Gewinnung, Enzymaktivitätsmodifizierung) genauer untersucht. Es wurden verschiedene α-funktionalisierte (Co-)Polymere, die Cholesterol, Aldehyde, t-Boc geschützte Amine, TMS-geschützte Alkine und NHS-aktivierte Ester entwickelt und hergestellt und mittels passender ATRP Initiatoren eingeführt.
KW  - Atom Transfer Radical Polymerization
KW  - Klick-Chemie
KW  - Biokonjugation
KW  - Funktionalisierung
KW  - Modifizierung von Polymeren
KW  - ATRP
KW  - Click chemistry
KW  - Bioconjugation
KW  - Functionalization
KW  - Polymer Modification
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59723
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wohlgemuth, Stephanie-Angelika
T1  - Functional nanostructured hydrothermal carbons for sustainable technologies : heteroatom doping and superheated vapor
T1  - Funktionelle, Nanostrukturierte Hydrothermal-Kohlenstoffe für Nachhaltige Technnologien: Heteroatom-Dotierung und Überkritischer Dampf
N2  - The underlying motivation for the work carried out for this thesis was the growing need for more sustainable technologies. The aim was to synthesize a “palette” of functional nanomaterials using the established technique of hydrothermal carbonization (HTC). The incredible diversity of HTC was demonstrated together with small but steady advances in how HTC can be manipulated to tailor material properties for specific applications. Two main strategies were used to modify the materials obtained by HTC of glucose, a model precursor representing biomass. The first approach was the introduction of heteroatoms, or “doping” of the carbon framework. Sulfur was for the first time introduced as a dopant in hydrothermal carbon. The synthesis of sulfur and sulfur/nitrogen doped microspheres was presented whereby it was shown that the binding state of sulfur could be influenced by varying the type of sulfur source. Pyrolysis may additionally be used to tune the heteroatom binding states which move to more stable motifs with increasing pyrolysis temperature. Importantly, the presence of aromatic binding states in the as synthesized hydrothermal carbon allows for higher heteroatom retention levels after pyrolysis and hence more efficient use of dopant sources. In this regard, HTC may be considered as an “intermediate” step in the formation of conductive heteroatom doped carbon. To assess the novel hydrothermal carbons in terms of their potential for electrochemical applications, materials with defined nano-architectures and high surface areas were synthesized via templated, as well as template-free routes. Sulfur and/or nitrogen doped carbon hollow spheres (CHS) were synthesized using a polystyrene hard templating approach and doped carbon aerogels (CA) were synthesized using either the albumin directed or borax-mediated hydrothermal carbonization of glucose. Electrochemical testing showed that S/N dual doped CHS and aerogels derived via the albumin approach exhibited superior catalytic performance compared to solely nitrogen or sulfur doped counterparts in the oxygen reduction reaction (ORR) relevant to fuel cells. Using the borax mediated aerogel formation, nitrogen content and surface area could be tuned and a carbon aerogel was engineered to maximize electrochemical performance. The obtained sample exhibited drastically improved current densities compared to a platinum catalyst (but lower onset potential), as well as excellent long term stability. In the second approach HTC was carried out at elevated temperatures (550 °C) and pressure (50 bar), corresponding to the superheated vapor regime (htHTC). It was demonstrated that the carbon materials obtained via htHTC are distinct from those obtained via ltHTC and subsequent pyrolysis at 550 °C. No difference in htHTC-derived material properties could be observed between pentoses and hexoses. The material obtained from a polysaccharide exhibited a slightly lower degree of carbonization but was otherwise similar to the monosaccharide derived samples. It was shown that in addition to thermally induced carbonization at 550 °C, the SHV environment exhibits a catalytic effect on the carbonization process. The resulting materials are chemically inert (i.e. they contain a negligible amount of reactive functional groups) and possess low surface area and electronic conductivity which distinguishes them from carbon obtained from pyrolysis. Compared to the materials presented in the previous chapters on chemical modifications of hydrothermal carbon, this makes them ill-suited candidates for electronic applications like lithium ion batteries or electrocatalysts. However, htHTC derived materials could be interesting for applications that require chemical inertness but do not require specific electronic properties. The final section of this thesis therefore revisited the latex hard templating approach to synthesize carbon hollow spheres using htHTC. However, by using htHTC it was possible to carry out template removal in situ because the second heating step at 550 °C was above the polystyrene latex decomposition temperature. Preliminary tests showed that the CHS could be dispersed in an aqueous polystyrene latex without monomer penetrating into the hollow sphere voids. This leaves the stagnant air inside the CHS intact which in turn is promising for their application in heat and sound insulating coatings. Overall the work carried out in this thesis represents a noteworthy development in demonstrating the great potential of sustainable carbon materials.
N2  - Das Ziel der vorgelegten Arbeit war es, mit Hilfe der Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) eine Palette an verschiedenen Materialien herzustellen, deren physikalische und chemische Eigenschaften auf spezifische Anwendungen zugeschnitten werden können. Die Motivation hierfür stellt die Notwendigkeit, Alternativen zu Materialien zu finden, die auf fossilen Brennstoffen basieren. Dabei stellen vor allem nachhaltige Energien eine der größten Herausforderungen der Zukunft dar. HTC ist ein mildes, nachhaltiges Syntheseverfahren welches prinzipiell die Nutzung von biologischen Rohstoffen (z. B. landwirtschaftlichen Abfallprodukten) für die Herstellung von wertvollen, Kohlenstoff-basierten Materialien erlaubt. Es wurden zwei verschiedene Ansätze verwendet, um hydrothermalen Kohlenstoff zu modifizieren. Zum einen wurde HTC unter „normalen“ Bedingungen ausgeführt, d. h. bei 180 °C und einem Druck von etwa 10 bar. Der Zucker Glukose diente in allen Fällen als Kohlenstoff Vorläufer. Durch Zugabe von stickstoff und /oder schwefelhaltigen Additiven konnte dotierte Hydrothermalkohle hergestellt werden. Dotierte Kohlenstoffe sind bereits für ihre positiven Eigenschaften, wie verbesserte Leitfähigkeit oder erhöhte Stabilität, bekannt. Zusätzlich zu Stickstoff dotierter Hydrothermalkohle, die bereits von anderen Gruppen hergestellt werden konnte, wurde in dieser Arbeit zum ersten Mal Schwefel in Hydrothermalkohle eingebaut. Außerdem wurden verschiedene Ansätze verwendet, um Oberfläche und definierte Morphologie der dotierten Materialien zu erzeugen, welche wichtig für elektrochemische Anwendungen sind. Schwefel- und/oder stickstoffdotierte Kohlenstoff Nanohohlkugeln sowie Kohlenstoff Aerogele konnten hergestellt werden. Mit Hilfe von einem zusätzlichen Pyrolyseschritt (d. h. Erhitzen unter Schutzgas) konnte die Leitfähigkeit der Materialien hergestellt werden, die daraufhin als Nichtmetall-Katalysatoren für Wasserstoff-Brennstoffzellen getestet wurden. Im zweiten Ansatz wurde HTC unter extremen Bedingungen ausgeführt, d. h. bei 550 °C und einem Druck von ca. 50 bar, welches im Wasser Phasendiagram dem Bereich des Heißdampfes entspricht. Es konnte gezeigt werden, dass die so erhaltene Hydrothermalkohle ungewöhnliche Eigenschaften besitzt. So hat die Hochtemperatur-Hydrothermalkohle zwar einen hohen Kohlenstoffgehalt (mehr als 90 Massenprozent), enthält aber auch viele Wasserstoffatome und ist dadurch schlecht leitfähig. Da damit elektrochemische Anwendungen so gut wie ausgeschlossen sind, wurde die Hochtemperatur-Hydrothermalkohle für Anwendungen vorgesehen, welche chemische Stabilität aber keine Leitfähigkeit voraussetzen. So wurden beispielsweise Hochtemperatur-Kohlenstoff-Nanohohlkugeln synthetisiert, die großes Potential als schall- und wärmeisolierende Additive für Beschichtungen darstellen. Insgesamt konnten erfolgreich verschiedenste Materialien mit Hilfe von HTC hergestellt werden. Es ist zu erwarten, dass sie in Zukunft zu nachhaltigen Technologien und damit zu einem weiteren Schritt weg von fossilen Brennstoffen beitragen werden.
KW  - Hydrothermale Karbonisierung
KW  - Heteroatom-Dotierung
KW  - Aerogele
KW  - Hohlkugeln
KW  - Elektrokatalyse
KW  - Hydrothermal Carbonization
KW  - Heteroatom Doping
KW  - Aerogels
KW  - Hollow Spheres
KW  - Electrocatalysis
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60120
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TY  - THES
A1  - Piluso, Susanna
T1  - Design of biopolymer-based networks with defined molecular architecture
T1  - Design biopolymer-basierter Netzwerke mit definierter molekularer Architektur
N2  - In this work, the synthesis of biopolymer-based hydrogel networks with defined architecture is presented. In order to obtain materials with defined properties, the chemoselective copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (or Click Chemistry) was used for the synthesis of gelatin-based hydrogels. Alkyne-functionalized gelatin was reacted with four different diazide crosslinkers above its sol-gel transition to suppress the formation of triple helices. By variation of the crosslinking density and the crosslinker flexibility, the swelling (Q: 150-470 vol.-%;) and the Young’s and shear moduli (E: 50 kPa - 635 kPa, G’: 0.1 kPa - 16 kPa) could be tuned in the kPa range. In order to understand the network structure, a method based on the labelling of free functional groups within the hydrogel was developed. Gelatin-based hydrogels were incubated with alkyne-functionalized fluorescein to detect the free azide groups, resulting from the formation of dangling chains. Gelatin hydrogels were also incubated with azido-functionalized fluorescein to check the presence of alkyne groups available for the attachment of bioactive molecules. By using confocal laser scanning microscopy and fluorescence spectroscopy, the amount of crosslinking, grafting and free alkyne groups could be determined. Dangling chains were observed in samples prepared by using an excess of crosslinker and also when using equimolar amounts of alkyne:azide. In the latter case the amount of dangling chains was affected by the crosslinker structure. Specifically, 0.1% of dangling chains were found using 4,4’-diazido-2,2’-stilbene-disulfonic acid as cosslinker, 0.06% with 1,8-diazidooctane, 0.05% with 1,12-diazidododecane and 0.022 % with PEG-diazide. This observation could be explained considering the structure of the crosslinkers. During network formation, the movements of the gelatin chains are restricted due to the formation of covalent netpoints. A further crosslinking will be possible only in the case of crosslinker that are flexible and long enough to reach another chain. The method used to obtain defined gelatin-based hydrogels enabled also the synthesis of hyaluronic acid-based hydrogels with tailorable properties. Alkyne-functionalized hyaluronic acid was crosslinked with three different linkers having two terminal azide functionalities. By variation of the crosslinking density and crosslinker type, hydrogels with elastic moduli in the range of 0.5-3 kPa have been prepared. The variation of the crosslinking density and crosslinker type had furthermore an influence also on the hydrolytic and enzymatic degradation of gelatin-based hydrogels. Hydrogels with a low crosslinker amount experienced a faster decrease in mass loss and elastic modulus compared to hydrogels with higher crosslinker content. Moreover, the structure of the crosslinker had a strong influence on the enzymatic degradation. Hydrogels containing a crosslinker with a rigid structure were much more resistant to enzymatic degradation than hydrogels containing a flexible crosslinker. During hydrolytic degradation, the hydrogel became softer while maintaining the same outer dimensions. These observations are in agreement with a bulk degradation mechanism, while the decrease in size of the hydrogels during enzymatic degradation suggested a surface erosion mechanism. Because of the use of small amount of crosslinker (0.002 mol.% 0.02 mol.%) the networks synthesized can still be defined as biopolymer-based hydrogels. However, they contain a small percentage of synthetic residues. Alternatively, a possible method to obtain biopolymer-based telechelics, which could be used as crosslinkers, was investigated. Gelatin-based fragments with defined molecular weight were obtained by controlled degradation of gelatin with hydroxylamine, due to its specific action on asparaginyl-glycine bonds. The reaction of gelatin with hydroxylamine resulted in fragments with molecular weights of 15, 25, 37, and 50 kDa (determined by SDS-PAGE) independently of the reaction time and conditions. Each of these fragments could be potentially used for the synthesis of hydrogels in which all components are biopolymer-based materials.
N2  - In dieser Arbeit wird die Synthese Biopolymer-basierter Hydrogelnetzwerke mit definierter Architektur beschrieben. Um Materialien mit definierten und einstellbaren Eigenschaften zu erhalten, wurde die chemoselektive Kupferkatalysierte Azid-Alkin-Cycloadditionsreaktion (auch als Click-Chemie bezeichnet) für die Synthese Gelatine-basierter Netzwerke eingesetzt. Alkin-funktionalisierte Gelatine wurde mit vier verschiedenen Diazid-Quervernetzern oberhalb der Gel-Sol-Übergangstemperatur umgesetzt, um die Formierung tripelhelikaler Bereiche durch Gelatineketten zu unterdrücken. Durch Variation der Menge an Quervernetzer (und damit der Netzdichte) sowie der Länge und Flexibilität der Quervernetzer konnten u.a. die Quellung (Q: 150-470 vol.-%) sowie der Young’s - und Schermodul im kPa Bereich eingestellt werden (E: 50 kPa - 635 kPa, G’: 0.1 kPa - 16 kPa). Um die Netzwerkarchitektur zu verstehen, wurde eine Methode basierend auf dem Labeln unreagierter Azid- und Alkingruppen im Hydrogel entwickelt. Die Gelatine-basierten Hydrogele wurden mit Alkin-funktionalisiertem Fluorescein umgesetzt, um freie Azidgruppen zu detektieren, die bei einem Grafting entstehen. Darüber hinaus wurden die Hydrogele mit Azid-funktionalisiertem Fluorescein reagiert, um die Menge an freien Alkingruppen zu bestimmen, die zudem potentiell für die Anbindung bioaktiver Moleküle geeignet sind. Quervernetzung, Grafting, und die Anzahl freier Alkingruppen konnten dann mit Hilfe der konfokalen Laser Scanning Mikroskopie und der Fluoreszenzmikroskopie qualitativ und quantitativ nachgewiesen werden. Gegraftete Ketten wurden in Systemen nachgewiesen, die mit einem Überschuss an Quervernetzer hergestellt wurden, entstanden aber auch beim Einsatz äquimolarer Mengen Alkin- und Azidgruppen. Im letzteren Fall wurde in Abhängigkeit von der Struktur des Diazids unterschiedliche Anteile gegrafteter Ketten festgestellt. 0.1 mol-% von gegrafteten Ketten wurden für 4,4’-Diazido-2,2’-stilbendisulfonsäure gefunden, 0.06 mol-% für 1,8-Diazidooktan, 0.05 mol% für 1,12-diazidododecan und 0.022 mol-% für PEG-Diazid. Diese Beobachtung kann durch die unterschiedliche Flexibilität der Vernetzer erklärt werden. Während der Netzwerkbildung werden die Bewegungen der Gelatineketten eingeschränkt, so dass kovalente Netzpunkte nur erhalten werden können, wenn der Vernetzer lang und flexibel genug ist, um eine andere Alkingruppe zu erreichen. Die Strategie zur Synthese von Biopolymer-basierten Hydrogelen mit einstellbaren Eigenschaften wurde von Gelatine- auf Hyaluronsäure-basierte Gele übertragen. Alkin-funktionalisierte Hyaluronäure wurde mit drei verschiedenen Diaziden quervernetzt, wobei Menge, Länge, und Flexibilität des Quervernetzers variiert wurden. In dieser Weise wurden sehr weiche Hydrogele mit E-Moduli im Bereich von 0.5-3 kPa hergestellt. Die Variation der Vernetzungsdichte und des Vernetzertyps beeinflusste weiterhin den hydrolytischen und enzymatischen Abbau der Hydrogele. Hydrogele mit einem geringerem Anteil an Quervernetzer wurden schneller abgebaut als solche mit einem höheren Quervernetzeranteil. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass Hydrogele mit Quervernetzern mit einer rigiden Struktur deutlich langsamer degradierten als Hydrogele mit flexibleren Quervernetzern. Während des hydrolytischen Abbau wurden die Materialien weicher, behielten aber ihre Form bei, was mit einem Bulk-Abbau-Modell übereinstimmt. Während des enzymatischen Abbaus hingegen änderten sich die Materialeigenschaften kaum, jedoch wurden die Proben kleiner. Diese Beobachtung stimmt mit einem Oberflächenabbaumechanismus überein. Da in allen vorgestellten Systemen nur eine kleine Menge synthetischer Vernetzer eingesetzt wurde (0.002 – 0.02 mol%), können die Materialien noch als Biopolymer-basierte Materialien klassifiziert werden. Jedoch enthalten die Materialien synthetische Abschnitte. In Zukunft könnte es interessant sein, einen Zugang zu Materialien zu haben, die ausschließlich aus Biopolymeren aufgebaut sind. Daher wurde der Zugang zu Biopolymer basierten Telechelen untersucht, die potentiell als Vernetzer dienen können. Dazu wurden durch die kontrollierte Spaltung von Gelatine mit Hydroxylamin Gelatinefragmente mit definiertem Molekulargewicht hergestellt. Hydroxalamin reagiert unter Spaltung mit der Amidbindung zwischen Asparagin und Glycin, wobei Aspartylhydroxamate und Aminoendgruppen entstehen. Die Reaktion von Gelatine mit Hydroxylamin ergab Fragmente mit Molekulargewichten von 15, 25, 37, und 50 kDa (bestimmt mit SDS-PAGE), und die Formierung dieser Fragmente war unabhängig von den weiteren Reaktionsbedingungen und der Reaktionszeit. Jedes dieser Fragmente kann potentiell für die Synthese von Hydrogelen eingesetzt werden, die ausschließlich aus Biopolymeren bestehen.
KW  - Klickchemie
KW  - Gelatine
KW  - Hyaluronsäure
KW  - Abbau
KW  - Kollagenase
KW  - Click Chemistry
KW  - Gelatin
KW  - Hyaluronic acid
KW  - Degradation
KW  - Collagenase
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59865
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TY  - THES
A1  - Miasnikova, Anna
T1  - New hydrogel forming thermo-responsive block copolymers of increasing structural complexity
T1  - Neue Hydrogel-bildende thermisch schaltbare Blockcopolymere von zunehmender struktureller Komplexität
N2  - This work describes the synthesis and characterization of stimuli-responsive polymers made by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization and the investigation of their self-assembly into “smart” hydrogels. In particular the hydrogels were designed to swell at low temperature and could be reversibly switched to a collapsed hydrophobic state by rising the temperature. Starting from two constituents, a short permanently hydrophobic polystyrene (PS) block and a thermo-responsive poly(methoxy diethylene glycol acrylate) (PMDEGA) block, various gelation behaviors and switching temperatures were achieved. New RAFT agents bearing tert-butyl benzoate or benzoic acid groups, were developed for the synthesis of diblock, symmetrical triblock and 3-arm star block copolymers. Thus, specific end groups were attached to the polymers that facilitate efficient macromolecular characterization, e.g by routine 1H-NMR spectroscopy. Further, the carboxyl end-groups allowed functionalizing the various polymers by a fluorophore. Because reports on PMDEGA have been extremely rare, at first, the thermo-responsive behavior of the polymer was investigated and the influence of factors such as molar mass, nature of the end-groups, and architecture, was studied. The use of special RAFT agents enabled the design of polymer with specific hydrophobic and hydrophilic end-groups. Cloud points (CP) of the polymers proved to be sensitive to all molecular variables studied, namely molar mass, nature and number of the end-groups, up to relatively high molar masses. Thus, by changing molecular parameters, CPs of the PMDEGA could be easily adjusted within the physiological interesting range of 20 to 40°C. A second responsivity, namely to light, was added to the PMDEGA system via random copolymerization of MDEGA with a specifically designed photo-switchable azobenzene acrylate. The composition of the copolymers was varied in order to determine the optimal conditions for an isothermal cloud point variation triggered by light. Though reversible light-induced solubility changes were achieved, the differences between the cloud points before and after the irradiation were small. Remarkably, the response to light differed from common observations for azobenzene-based systems, as CPs decreased after UV-irradiation, i.e with increasing content of cis-azobenzene units. The viscosifying and gelling abilities of the various block copolymers made from PS and PMDEGA blocks were studied by rheology. Important differences were observed between diblock copolymers, containing one hydrophobic PS block only, the telechelic symmetrical triblock copolymers made of two associating PS termini, and the star block copolymers having three associating end blocks. Regardless of their hydrophilic block length, diblock copolymers PS11 PMDEGAn were freely flowing even at concentrations as high as 40 wt. %. In contrast, all studied symmetrical triblock copolymers PS8-PMDEGAn-PS8 formed gels at low temperatures and at concentrations as low as 3.5 wt. % at best. When heated, these gels underwent a gel-sol transition at intermediate temperatures, well below the cloud point where phase separation occurs. The gel-sol transition shifted to markedly higher transition temperatures with increasing length of the hydrophilic inner block. This effect increased also with the number of arms, and with the length of the hydrophobic end blocks. The mechanical properties of the gels were significantly altered at the cloud point and liquid-like dispersions were formed. These could be reversibly transformed into hydrogels by cooling. This thesis demonstrates that high molar mass PMDEGA is an easily accessible, presumably also biocompatible and at ambient temperature well water-soluble, non-ionic thermo-responsive polymer. PMDEGA can be easily molecularly engineered via the RAFT method, implementing defined end-groups, and producing different, also complex, architectures, such as amphiphilic triblock and star block copolymers, having an analogous structure to associative telechelics. With appropriate design, such amphiphilic copolymers give way to efficient, “smart” viscosifiers and gelators displaying tunable gelling and mechanical properties.
N2  - Diese Arbeit befasst sich mit der RAFT-vermittelten Synthese und Charakterisierung von stimuli-empfindlichen Polymeren und ihrer Selbstorganisation zu „intelligenten” Hydrogelen. Die Hydrogele wurden so entwickelt, dass sie bei niedrigen Temperaturen stark quellen, bei Temperaturerhöhung jedoch reversibel in einem hydrophoben, kollabierten Zustand umgewandelt werden. Mit dem permanent hydrophoben Polystyrol (PS) und dem hydrophilen, thermisch schaltbaren Poly(methoxy-diethylen¬glycol-acrylat) (PMDEGA) als Bausteine, wurden unterschiedliche Gelierungsverhalten und thermische Übergangstemperaturen erreicht. Zur Synthese von Diblock-, symmetrischen Triblock- und dreiarmigen Sternblock-Copolymeren wurden neue funktionelle Kettenüberträger entwickelt. Diese gestatteten es, tert-butyl Benzoeester und Benzoesäure Endgruppen in die Polymere einzubauen, die einerseits eine effiziente Analyse mittels Routine 1H-NMR und darüber hinaus eine spätere Funktionalisierung der Endgruppen mit einer Fluoreszenzsonde ermöglichten. Da über PMDEGA kaum Daten vorlagen, wurde der Einfluss von Molekulargewicht, Endgruppen und Architektur auf das thermo-responsive Verhalten untersucht. Die speziellen Kettenüberträger ermöglichten es, gezielt hydrophobe wie hydrophile Endgruppen in die Polymere einzuführen. Die Trübungspunkte der wässerigen Lösungen von PMDEGA zeigten sich bis zu relativ hohen molaren Massen abhängig gegenüber allen untersuchten Variablen, nämlich dem Molekulargewicht, der Art und Zahl von Endgruppen. Durch Variation der diversen Parameter ließ sich die Schalttemperatur von PMDEGA in physiologisch relevanten Temperaturbereich von 20 bis 40 °C einstellen. Um die Polymere für einen zweiten Stimulus, nämlich Licht, empfindlich zu machen, wurden Azobenzol-funktionalisierte Acrylate synthetisiert und statistisch mit MDEGA copolymerisiert. Die Zusammensetzung der Polymeren wurde variiert und das isotherme Schalten der Löslichkeit durch Licht untersucht. Obwohl ein reversibles Schalten erreicht wurde, waren die Unterschiede zwischen den Trübungstemperaturen von UV-Licht bestrahlten und unbestrahlten Proben nur gering. Interessanterweise senkte die UV-Bestrahlung, d.h. ein erhöhter Gehalt von cis-Azobenzol-Gruppen, die Trübungstemperaturen herab. Dies ist genau umgekehrt als für azobenzolbasierten Systeme klassisch beschrieben. Die Gelbildung der verschiedenen Blockcopolymere von PS und PMDEGA wurde mittels Rheologie untersucht. Dabei traten deutliche Unterschiede auf, zwischen dem Gelierungsverhalten der Diblockcopolymere, die nur einen PS Block enthalten, dem der symmetrischen Triblockcopolymere, die zwei assoziative PS Endblöcken besitzen, und dem der Sternpolymere, die drei assoziative PS Blöcke aufweisen. Unabhängig von der Länge des hydrophilen Blockes, bilden Diblockcopolymere des Typs PS11-PMDEGAn keine Gele, sondern selbst bei hohen Konzentrationen von 40 Gew. % Lösungen. Im Gegensatz dazu bildeten die Triblockcopolymere des Typs PS8-PMDEGAn-PS8 Gele bei niedrigen Temperaturen, vereinzelt schon ab 3.5 wt. %. Mit steigender Temperatur, tritt bereits unterhalb des Trübungspunktes für diese Systeme ein Gel-Sol Übergang auf. Der Gel-Sol Übergang bewegt sich zu höheren Temperaturen mit steigende Länge des hydrophilen inneren Blocks. Dieser Trend verstärkt sich mit zunehmender Anzahl von Endblöcken und deren Länge. An der Trübungstemperatur veränderten sich die mechanischen Eigenschaften aller Gele signifikant und die gebildeten flüssigen Dispersionen ließen sich reversibel beim Abkühlen wieder zu Gel schalten. Diese Arbeit, zeigt dass PMDEGA ein bei niedrigen Temperaturen gut wasserlösliches, nicht-ionisches, thermisch-schaltbares und wahrscheinlich biokompatibles Polymer ist. PMDEGA liest sich einfach mittels den RAFT-Verfahren molekular maßschneiden, mit spezifischen Endgruppen und komplexen Polymerarchitekturen. Solche amphiphilen Triblock- und Sternblock-Copolymeren hoher Molmasse, wirken als assoziative Telechele. Daher eigenen sich bei entsprechendem Design diese amphiphilen Blockcopolymere als effiziente Verdicker und Gelbildner mit einstellbaren mechanischen und thermischen Eigenschaften.
KW  - Blockcopolymere
KW  - Selbstorganisation
KW  - thermisch schaltbar
KW  - LCST
KW  - RAFT
KW  - block copolymers
KW  - self-assembly
KW  - thermoresponsive
KW  - LCST
KW  - RAFT
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59953
ER  - 
TY  - THES
A1  - Falco, Camillo
T1  - Sustainable biomass-derived hydrothermal carbons for energy applications
T1  - Nachhaltiger, Biomasse-basierter Hydrothermalkohlenstoff für Energieanwendungen
N2  - The need to reduce humankind reliance on fossil fuels by exploiting sustainably the planet renewable resources is a major driving force determining the focus of modern material research. For this reason great interest is nowadays focused on finding alternatives to fossil fuels derived products/materials. For the short term the most promising substitute is undoubtedly biomass, since it is the only renewable and sustainable alternative to fossil fuels as carbon source. As a consequence efforts, aimed at finding new synthetic approaches to convert biomass and its derivatives into carbon-based materials, are constantly increasing. In this regard, hydrothermal carbonisation (HTC) has shown to be an effective means of conversion of biomass-derived precursors into functional carbon materials. However the attempts to convert raw biomass, in particular lignocellulosic one, directly into such products have certainly been rarer. Unlocking the direct use of these raw materials as carbon precursors would definitely be beneficial in terms of HTC sustainability. For this reason, in this thesis the HTC of carbohydrate and protein-rich biomass was systematically investigated, in order to obtain more insights on the potentials of this thermochemical processing technique in relation to the production of functional carbon materials from crude biomass. First a detailed investigation on the HTC conversion mechanism of lignocellulosic biomass and its single components (i.e. cellulose, lignin) was developed based on a comparison with glucose HTC, which was adopted as a reference model. In the glucose case it was demonstrated that varying the HTC temperature allowed tuning the chemical structure of the synthesised carbon materials from a highly cross-linked furan-based structure (T = 180oC) to a carbon framework composed of polyaromatic arene-like domains. When cellulose or lignocellulosic biomass was used as carbon precursor, the furan rich structure could not be isolated at any of the investigated processing conditions. These evidences were indicative of a different HTC conversion mechanism for cellulose, involving reactions that are commonly observed during pyrolytic processes. The evolution of glucose-derived HTC carbon chemical structure upon pyrolysis was also investigated. These studies revealed that upon heat treatment (Investigated temperatures 350 – 900 oC) the furan-based structure was progressively converted into highly curved aromatic pre-graphenic domains. This thermal degradation process was observed to produce an increasingly more hydrophobic surface and considerable microporosity within the HTC carbon structure. In order to introduce porosity in the HTC carbons derived from lignocellulosic biomass, KOH chemical activation was investigated as an HTC post-synthesis functionalisation step. These studies demonstrated that HTC carbons are excellent precursors for the production of highly microporous activated carbons (ACs) and that the porosity development upon KOH chemical activation is dependent on the chemical structure of the HTC carbon, tuned by employing different HTC temperatures. Preliminary testing of the ACs for CO2 capture or high pressure CH4 storage yielded very promising results, since the measured uptakes of both adsorbates (i.e. CO2 and CH4) were comparable to top-performing and commercially available adsorbents, usually employed for these end-applications. The combined use of HTC and KOH chemical activation was also employed to produce highly microporous N-doped ACs from microalgae. The hydrothermal treatment of the microalgae substrate was observed to cause the depletion of the protein and carbohydrate fractions and the near complete loss (i.e. 90%) of the microalgae N-content, as liquid hydrolysis/degradation products. The obtained carbonaceous product showed a predominantly aliphatic character indicating the presence of alkyl chains presumably derived from the lipid fractions. Addition of glucose to the initial reaction mixture was found out to be extremely beneficial, because it allowed the fixation of a higher N amount, in the algae derived HTC carbons (i.e.  60%), and the attainment of higher product yields (50%). Both positive effects were attributed to Maillard type cascade reactions taking place between the monosaccharides and the microalgae derived liquid hydrolysis/degradation products, which were in this way recovered from the liquid phase. KOH chemical activation of the microalgae/glucose mixture derived HTC carbons produced highly microporous N-doped carbons. Although the activation process led to a major reduction of the N-content, the retained N-amount in the ACs was still considerable. These features render these materials ideal candidates for supercapacitors electrodes, since they provide extremely high surface areas, for the formation of electric double-layer, coupled to abundant heteroatom doping (i.e. N and O) necessary to obtain a pseudocapacitance contribution.
N2  - Die Notwendigkeit, die Abhängigkeit der Menschheit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren ist die treibende Kraft hinter aktuellen Forschungsanstrengungen in den Materialwissenschaften. Folglich besteht heutzutage ein erhebliches Interesse daran Alternativen zu Materialien, die aus fossilen Resourcen gewonnen werden, zu finden. Kurzfristig ist zweifellos Biomasse die vielversprechendste Alternative, da sie aus heutiger Sicht die einzige nicht-fossile, nachhaltige und nachwachsende Kohlenstoffquelle ist. Konsequenterweise werden die Antrengungen neue Syntheseansätze zur Konvertierung von Biomasse und ihren Derivaten in kohlenstoffbasierten Materialien forwährend erhöht. In diesem Zusammenhang hat sich die Hydrothermalkarbonisierung (HTC) als sehr vielseitiges Werkzeug zur Konvertierung von Biomasse-basierten Ausgangsstoffen in funktionale Kohlenstoffmaterialien herausgestellt. Dennoch gibt es bisher wenige Ansätze um rohe Biomasse, genauer gesagt Lignicellulose, direkt in funktionale Materialien umzusetzen. Könnte der direkte Einsatz von roher Biomasse Verfahren wie der HTC zugänglich gemacht werden, würde dies die Nachhaltigkeit des Verfahrens immens steigern. Daher wurde in dieser Dissertation die Hydrothermalkarbonisierung von kohlenhydratreicher (d. h. Lignicelluse) und proteinreicher (d. h. Microalgae) Biomasse systematisch analysiert. Diese Untersuchung galt dem Ziel einen besseren Einblick in das Potential dieser thermochemischen Verarbeitungsmethode funktionale Kohlenstoffmaterialien aus unverarbeiteter Biomasse hervorzubringen zu gewinnen. Die hergestellten Materialien wurden mittels chemischer Aktivierung nachträglich weiter behandelt. Dieser zusätzliche Verarbeitungsschritt ermöglichte die Herstellung hochporöser aktiverter Kohlenstoffe (AC). Die aus Lignicellulose gewonnenen ACs zeigten exzellente Eigenschaften bei der Aufnahme von CO2 und der Hochdruckspeicherung von CH4 währen die aus Microalgae gewonnen Eigenschaften an den Tag legten (z. B. hohe Oberfläche und N-Dotierung), welche sie zu vielversprechenden Materialien für Superkondensatoren machen. Die in dieser Dissertation präsentierte Arbeit zeigte außergewöhnliche Fortschritte in Richtung der Anwendung von unbehandelter Biomasse als Ausgangsmaterial für die Produktion von funktionalen Kohlenstoffen.
KW  - Biomasse
KW  - Kohlenmaterialien
KW  - Grüne Chemie
KW  - Nachhaltigkeit
KW  - Enegieanwendungen
KW  - Biomass
KW  - Carbon materials
KW  - Green Chemistry
KW  - Sustainability
KW  - Energy Applications
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59785
ER  - 
TY  - THES
A1  - Federico, Stefania
T1  - Synthetic peptides derived from decorin as building blocks for biomaterials based on supramolecular interactions
T1  - Synthetische Peptide Basierend auf Decorin als Bausteine für Supramolekulare Biomaterialien
N2  - In this work, the development of a new molecular building block, based on synthetic peptides derived from decorin, is presented. These peptides represent a promising basis for the design of polymer-based biomaterials that mimic the ECM on a molecular level and exploit specific biological recognition for technical applications. Multiple sequence alignments of the internal repeats of decorin that formed the inner and outer surface of the arch-shaped protein were used to develop consensus sequences. These sequences contained conserved sequence motifs that are likely to be related to structural and functional features of the protein. Peptides representative for the consensus sequences were synthesized by microwave-assisted solid phase peptide synthesis and purified by RP-HPLC, with purities higher than 95 mol%. After confirming the desired masses by MALDI-TOF-MS, the primary structure of each peptide was investigated by 1H and 2D NMR, from which a full assignment of the chemical shifts was obtained. The characterization of the peptides conformation in solution was performed by CD spectroscopy, which demonstrated that using TFE, the peptides from the outer surface of decorin show a high propensity to fold into helical structures as observed in the original protein. To the contrary, the peptides from the inner surface did not show propensity to form stable secondary structure. The investigation of the binding capability of the peptides to Collagen I was performed by surface plasmon resonance analyses, from which all but one of the peptides representing the inner surface of decorin showed binding affinity to collagen with values of dissociation constant between 2•10-7 M and 2.3•10-4 M. On the other hand, the peptides representative for the outer surface of decorin did not show any significant interaction to collagen. This information was then used to develop experimental demonstration for the binding capabilities of the peptides from the inner surface of decorin to collagen even when used in more complicated situations close to possible appications. With this purpose, the peptide (LRELHLNNN) which showed the highest binding affinity to collagen (2•10-7 M) was functionalized with an N-terminal triple bond in order to obtain a peptide dimer via copper(I)-catalyzed cycloaddition reaction with 4,4'-diazidostilbene-2,2'-disulfonic acid. Rheological measurements showed that the presence of the peptide dimer was able to enhance the elastic modulus (G') of a collagen gel from ~ 600 Pa (collagen alone) to ~ 2700 Pa (collagen and peptide dimer). Moreover, it was shown that the mechanical properties of a collagen gel can be tailored by using different molar ratios of peptide dimer respect to collagen. The same peptide, functionalized with the triple bond, was used to obtain a peptide-dye conjugate by coupling it with N-(5'-azidopentanoyl)-5-aminofluorescein. An aqueous solution (5 vol% methanol) of the peptide dye conjugate was injected into a collagen and a hyaluronic acid (HA) gel and images of fluorescence detection showed that the diffusion of the peptide was slower in the collagen gel compared to the HA gel. The third experimental demonstration was gained using the peptide (LSELRLHNN) which showed the lower binding affinity (2.3•10-4 M) to collagen. This peptide was grafted to hyaluronic acid via EDC-chemistry, with a degree of functionalization of 7 ± 2 mol% as calculated by 1H-NMR. The grafting was further confirmed by FTIR and TGA measurements, which showed that the onset of decomposition for the HA-g-peptide decreased by 10 °C compared to the native HA. Rheological measurements showed that the elastic modulus of a system based on collagen and HA-g-peptide increased by almost two order of magnitude (G' = 200 Pa) compared to a system based on collagen and HA (G' = 0.9 Pa). Overall, this study showed that the synthetic peptides, which were identified from decorin, can be applied as potential building blocks for biomimetic materials that function via biological recognition.
N2  - In dieser Arbeit wird das Design, die Synthese und Analyse neuer molekularer Bausteine für Biomaterialien basierend auf synthetischen, von Decorin abgeleiteten Peptiden beschrieben. Diese Peptide sind deshalb als Baustein für polymer-basierte Biomaterialien von besonderem Interesse, da sie die extrazelluläre Matrix (ECM) auf molekularer Ebene nachempfinden und spezifische, biologische wichtige Interaktionen für technische Anwendungen nutzbar machen. Das Alignment multipler Sequenzen der internen Repeats von Decorin, die jeweils die innere bzw. äußere Seite des sichelförmigen Decorins bilden, wurde genutzt, um Konsensus-Sequenzen zu definieren. Diese Sequenzen beinhalten stark konservierte Sequenzmotive, die wahrscheinlich wichtig für Struktur und Funktion des Proteins sind. Ausgewählte Peptide, die repräsentativ für die Konsensus-Sequenzen sind, wurden dann mittels Mikrowellen unterstützter Festphasensynthese synthetisiert und mit RP-HPLC aufgereinigt, so dass Peptide mit Reinheiten ≥ 95 mol% erhalten wurden. Die Peptide wurden per MALDI-TOF-MS sowie 1D und 2D NMR Spektroskopie charakterisiert, wobei die Zuordnung der chemischen Verschiebungen zu einzelnen Protonen und Kohlenstoffen aus den 2D NMR Experimenten erfolgte. In Lösung wurden die Peptide zudem mit CD Spektroskopie untersucht, wobei gezeigt werden konnte, dass nur Peptide, die von der äußeren Seite des Decorins abgeleitet wurden, sich durch Zugabe von 2,2,2-Trifluorethanol zu α-Helices falten. Diese Faltung ist auch in der Röntgenstruktur bei den korrespondierenden Abschnitten zu finden. Im Gegensatz dazu zeigten Peptide, die von der inneren Seite des Decorins abgeleitet wurden, keine stabilen Sekundärstrukturen in Lösung (β-Faltblattstruktur in der Röntgenstruktur). Bindungsstudien der Peptide zu Kollagen I wurden mit Oberflächenplasmonenresonanz durchgeführt, wobei gezeigt werden konnte, dass alle bis auf ein Peptid, die von der innneren Seite abgeleitet wurden, an Kollagen mit Dissoziationskonstanten von 2•10-7 M bis 2.3•10-4 M binden, während Peptide, die für die äußere Seite von Decorin repräsentativ sind, keine Bindung an Kollagen I zeigten. Diese Information wurde genutzt, um experimentelle Demonstrationsobjekte dieser Interaktion in komplexeren, einer späteren Anwendung näheren Situation, zu entwickeln. Dazu wurde das Peptide LRELHLNNN, welches die stärkste Bindung zu Kollagen I zeigte (KD = 2•10-7 M), N-terminal mit einer Alkinbindung funktionalisiert, so dass durch Kupfer (I) katalysierte Reaktion mit 4,4'-Diazidostilben-2,2'-disulfonsäure ein Peptid-Dimer erhalten werden konnte. Rheologische Untersuchungen zeigten, dass durch Zugabe des Peptid-Dimers der Elastizitätsmodul G' von Kollagen-Gelen von ~ 600 Pa (nur Kollagen) auf ~ 2700 Pa (Kollagen und Peptide-Dimer) gesteigert werden konnte. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Gele durch Veränderung des Kollagen:Peptid-Dimer Verhältnisses angepasst werden konnten. Das gleiche, mit einer Alkin-Bindung funktionaliserte Peptid wurde dann zur Darstellung eines Peptid-Fluorescein Konjugats genutzt, indem es mit N-(5'-azidopentanoyl)-5-aminofluorescein umgesetzt wurde. Eine wässrige Lösung des Peptid-Farbstoff-Konjugats wurde dann in Kollagen- bzw. Hyaluronsäuregele injiziert. Die Diffusion des Peptid-Farbstoff-Konjugats war in Kollagengelen im Vergleich zu Hyaluronsäuregelen deutlich verlangsamt. Das dritte Demonstrationsobjekt wurde erhalten, indem das Peptid LSELRLHNN, welches die geringste Bindung an Kollagen zeigte (KD = 2.3•10-4 M), auf Hyaluronsäure (HA) gegrafted wurde. Die Reaktion wurde durch Carbodiimid-mediierte Kupplung erreicht, und ein Funktionalisierungsgrad von 7 ± 2 mol% wurde durch Integration der 1H-NMR Spektren bestimmt. Das erfolgreiche Grafting wurde durch FTIR- und TGA-Untersuchungen bestätigt. In letzteren wurde gezeigt, dass der thermische Abbau durch das Grafting bei etwas niedrigeren Temperaturen beginnt als der Abbau reiner Hyaluronsäure (ΔT = 10 °C). Rheologische Untersuchungen zeigten, dass ein System aus Kollagen und HA-g-Peptid ein um zwei Größenordnungen höheren Elastizitätsmodul G' hat (G' = 200 Pa) als Systeme, die aus einer physikalischen Mischung von Kollagen und HA bestehen (G' = 0.9 Pa). Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Peptide, die von Decorin abgeleitet wurden, als Kollagen-bindende Bausteine für biomimetische Materialien genutzt werden können.
KW  - Decorin
KW  - Peptide
KW  - Supramolekularen Wechselwirkungen
KW  - Kollagen
KW  - Physikalische Vernetzung
KW  - Decorin
KW  - Peptides
KW  - Supramolecular Interactions
KW  - Collagen
KW  - Physical Crosslinking
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59661
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schaal, Janina
T1  - Synthese und Photochemie von photoaktivierbaren Biomolekülen
T1  - Synthesis and photochemistry of photoactivate biomolecules
N2  - Mechanistische und kinetische Untersuchungen von komplexen zellulären Prozessen in situ sind in den vergangenen Jahren durch den Einsatz photoaktivierbarer Biomoleküle, sogenannter caged Verbindungen, möglich geworden. Bei den caged Verbindungen handelt es sich um photolabile inaktive Derivate von biologisch aktiven Molekülen, aus denen durch ultraviolettes Licht mit Hilfe einer photochemischen Reaktion die natürliche, biologisch aktive Substanz schnell freigesetzt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden caged Verbindungen von den Neurotransmittern Octopamin und Dopamin, dem Octopamin-Antagonist Epinastin, den Proteinsyntheseinhibitoren Emetin und Anisomycin, dem Protonophor CCCP und dem Riechstoff Bourgeonal hergestellt. Zur Synthese dieser caged Verbindungen wurden sowohl bekannte als auch verschiedene im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelte photolabile Schutzgruppen mit einem (Cumarin-4-yl)methyl- bzw. einem 2-Nitrobenzyl-Gerüst eingesetzt. Entsprechende Syntheseverfahren wurden erarbeitet. Anschließend erfolgte eine umfassende physikalisch-chemische sowie photochemische Charakterisierung der erhaltenen caged Verbindungen. Dabei wurde besonders auf gute Löslichkeit in Wasser bei physiologischer Ionenstärke, schnelle und effiziente Photoreaktivität, hohe Extinktion bei Wellenlängen von 350-430 nm und gute solvolytische Stabilität bei geringer Toxizität der freigesetzten Schutzgruppe geachtet. Ein Schwerpunkt bei der photochemischen Charakterisierung bildeten die Untersuchungen zur Quantifizierung der 2-Photonen-Anregung, uncaging action cross-sections, der Cumarinylmethyl-caged Verbindungen, aufgrund ihrer Bedeutung für die Photofreisetzung von Biomolekülen, da die gleichzeitige Absorption von 2 IR-Photonen eine höhere dreidimensionale Auflösung und eine wesentlich tiefere Gewebepenetration erlaubt. Mit Hilfe von Kooperationspartnern wurden zeitaufgelösten Fluoreszenz- und IR-Messungen an verschiedenen (Cumarin-4-yl)methoxycarbonyl-caged Modellverbindungen durchgeführt, mit denen die Geschwindigkeitskonstanten k1 und kdecarb des Photolysemechanismus ermittelt wurde. Am Ende folgten die Anwendungserprobungen ausgewählter caged Verbindungen in einem Translationsassay bzw. in Zelluntersuchungen.
N2  - In the last years mechanistic and kinetic in situ studies of complex cellular processes become possible by employing photoactivate Biomolecules, also called caged compounds, as a tool for these studies. Caged compounds are photolabile inactive derivates of biologic active molecules which are fast laid off the nature biologic active molecule by a photochemical reaction which was triggered by UV-light. In the present dissertation caged compounds of the neurotransmitters octopamine and dopamine, of the octopamine antagonist epinastine, of the proteine synthesis inhibitors emetine and anisomycine, of the ionophore CCCP and of the odorus substance Bourgeonal are synthesized. As precursors for the synthesis of that caged compounds some reported and several in these work newly developed photolabile protecting groups with (coumarin-4-yl)methyl- or 2-nitrobenzyl-scaffold were used. Corresponding Synthesis were designed. Afterwards the received caged compounds were global physical-chemical and photochemical characterised. In favour it was specifically valued for highly water solubility at pH 7,2, fast and efficient photo reactivity, high extinctions at wavelength 350-430 nm, well solvolytic stability and less toxicity of the redundant protecting groups. One key aspect of photochemical characterisation were the studies of uncaging action cross-sections of the coumarinylmethyl-caged molecules, because of their relevance for the photorelease of biomolecules in tissues. The simultaneous absorption of 2 IR-photons allowed highly three-dimensional release and a essentially deeper penetration in tissues. With the aid of co-operation partners were time-released fluorescence- and IR- measurements with several (coumarin-4-yl)methoxycarbonyl-caged molecules realised and therefore the rate constant k1 und kdecarb of the photolyse mechanismus were determined. At the end of the dissertation the achieved caged compounds were testet in translation assays and several cell cultures.
KW  - organische Chemie
KW  - caged Verbindungen
KW  - Cumarin
KW  - Nitrobenzyl
KW  - Neurotransmitter
KW  - organic chemistry
KW  - caged compounds
KW  - coumarine
KW  - nitrobenzyl
KW  - neurotransmitter
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-57929
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fellinger, Tim-Patrick
T1  - Hydrothermal and ionothermal carbon structures
T1  - Hydrothermale und ionothermale Kohlenstoffstrukturen
BT  - from carbon negative materials to energy applications
N2  - The needs for sustainable energy generation, but also a sustainable chemistry display the basic motivation of the current thesis. By different single investigated cases, which are all related to the element carbon, the work can be devided into two major topics. At first, the sustainable synthesis of “useful” carbon materials employing the process of hydrothermal carbonisation (HC) is described. In the second part, the synthesis of heteroatom - containing carbon materials for electrochemical and fuel cell applications employing ionic liquid precursors is presented. On base of a thorough review of the literature on hydrothermolysis and hydrothermal carbonisation of sugars in addition to the chemistry of hydroxymethylfurfural, mechanistic considerations of the formation of hydrothermal carbon are proposed. On the base of these reaction schemes, the mineral borax, is introduced as an additive for the hydrothermal carbonisation of glucose. It was found to be a highly active catalyst, resulting in decreased reaction times and increased carbon yields. The chemical impact of borax, in the following is exploited for the modification of the micro- and nanostructure of hydrothermal carbon. From the borax - mediated aggregation of those primary species, widely applicable, low density, pure hydrothermal carbon aerogels with high porosities and specific surface areas are produced. To conclude the first section of the thesis, a short series of experiments is carried out, for the purpose of demonstrating the applicability of the HC model to “real” biowaste i.e. watermelon waste as feedstock for the production of useful materials. In part two cyano - containing ionic liquids are employed as precursors for the synthesis of high - performance, heteroatom - containing carbon materials. By varying the ionic liquid precursor and the carbonisation conditions, it was possible to design highly active non - metal electrocatalyst for the reduction of oxygen. In the direct reduction of oxygen to water (like used in polymer electrolyte fuel cells), compared to commercial platinum catalysts, astonishing activities are observed. In another example the selective and very cost efficient electrochemical synthesis of hydrogen peroxide is presented. In a last example the synthesis of graphitic boron carbon nitrides from the ionic liquid 1 - Ethyl - 3 - methylimidazolium - tetracyanoborate is investigated in detail. Due to the employment of unreactive salts as a new tool to generate high surface area these materials were first time shown to be another class of non - precious metal oxygen reduction electrocatalyst.
N2  - Die Notwendigkeit einer nachhaltigen Energiewirtschaft, sowie der nachhaltigen Chemie stellen die Motivation der vorgelegten Arbeit. Auf Grundlage separater Untersuchungen, die jeweils in engem Bezug zum Element Kohlenstoff stehen, kann die Arbeit in zwei Themenfelder geordnet werden. Der erste Teil behandelt die nachhaltige Herstellung nützlicher Kohlenmaterialien mit Hilfe des Verfahrens der hydrothermalen Carbonisierung. Im zweiten Teil wird die Synthese von Bor und Stickstoff angereicherten Kohlen aus ionischen Flüssigkeiten für elektrochemische Anwendungen abgehandelt. Insbesondere geht es um die Anwendung in Wasserstoff-Brennstoffzellen. Als Ergebnis einer sorgfältigen Literatur¬zusammenfassung der Bereiche Hydrothermolyse, hydrothermale Carbonisierung und Chemie des Hydroxymethylfurfurals wird ein chemisch-mechanistisches Modell zur Entstehung der Hydrothemalkohle vorgestellt. Auf der Basis dieses Modells wird ein neues Additiv zur hydrothermalen Carbonisierung von Zuckern vorgestellt. Die Verwendung des einfachen Additivs, genauer Borax, erlaubt eine wesentlich verkürzte und zu niedrigeren Temperaturen hin verschobene Prozessführung mit höheren Ausbeuten. Anhand des mechanistischen Modells wird ein Einfluss auf die Reaktion von Zuckern mit der reaktiven Kohlenvorstufe (Hydroxymethylfurfural) identifiziert. Die chemische Wirkung des Minerals Borax in der hydrothermalen Carbonisierung wird im Folgenden zur Herstellung vielfältig anwendbarer, hochporöser Kohlen mit einstellbarer Partikelgröße genutzt. Zum Abschluss des ersten Teils ist in einer Serie einfacher Experimente die Anwendbarkeit des mechanischen Modells auf die Verwendung „echter“ Biomasse in Form von Wassermelonenabfall gezeigt. Im zweiten Teil werden verschiedene cyano-haltige ionische Flüssigkeiten zur ionothermalen Synthese von Hochleistungskohlen verwendet. Durch Variation der ionischen Flüssigkeiten und Verwendung unterschiedlicher Synthesebedingungen wird die Herstellung hochaktiver, metallfreier Katalysatoren für die elektrochemische Reduktion von Sauerstoff erreicht. In der direkten Reduktion von Sauerstoff zu Wasser (wie sie in Brennstoffzellen Anwendung findet) werden, verglichen zu konventionellen Platin-basierten elektrochemischen Katalysatoren, erstaunliche Aktivitäten erreicht. In einem anderen Beispiel wird die selektive Herstellung von Wasserstoffperoxid zu sehr geringen Kosten vorgestellt. Abschließend wird anhand der Verwendung der ionischen Flüssigkeit 1-Ethyl-3-methylimidazolium-tetracyanoborat eine detaillierte Betrachtung zur Herstellung von graphitischem Borcarbonitrid vorgestellt. Unter Verwendung unreaktiver Salze, als einfaches Werkzeug zur Einführung großer inneren Oberflächen wird erstmals die elektrokatalytische Aktivität eines solchen Materials in der elektrochemischen Sauerstoffreduktion gezeigt.
KW  - Hydrothermalkohle
KW  - ionische Flüssigkeiten
KW  - poröse Materialien
KW  - Elektrokatalyse
KW  - hydrothermal carbon
KW  - ionic liquids
KW  - porous materials
KW  - electrocatalysis
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-57825
ER  - 
TY  - THES
A1  - Haase, Martin F.
T1  - Modification of nanoparticle surfaces for emulsion stabilization and encapsulation of active molecules for anti-corrosive coatings
T1  - Nanopartikel Oberflächenmodifikationen zur Emulsionsstabilisierung und Verkapselung von Wirkstoffen für Antikorrosionsbeschichtungen
N2  - Within this work, three physicochemical methods for the hydrophobization of initially hydrophilic solid particles are investigated. The modified particles are then used for the stabilization of oil-in-water (o/w) emulsions. For all introduced methods electrostatic interactions between strongly or weakly charged groups in the system are es-sential. (i) Short chain alkylammonium bromides (C4 – C12) adsorb on oppositely charged solid particles. Macroscopic contact angle measurements of water droplets under air and hexane on flat silica surfaces in dependency of the surface charge density and alkylchain-length allow the calculation of the surface energy and give insights into the emulsification properties of solid particles modified with alkyltrimethylammonium bromides. The measure-ments show an increase of the contact angle with increasing surface charge density, due to the enhanced adsorp-tion of the oppositely charged alkylammonium bromides. Contact angles are higher for longer alkylchain lengths. The surface energy calculations show that in particular the surface-hexane or surface-air interfacial en-ergy is being lowered upon alkylammonium adsorption, while a significant increase of the surface-water interfa-cial energy occurs only at long alkyl chain lengths and high surface charge densities. (ii) The thickness and the charge density of an adsorbed weak polyelectrolyte layer (e.g. PMAA, PAH) influence the wettability of nanoparticles (e.g. alumina, silica, see Scheme 1(b)). Furthermore, the isoelectric point and the pH range of colloidal stability of particle-polyelectrolyte composites depend on the thickness of the weak polye-lectrolyte layer. Silica nanoparticles with adsorbed PAH and alumina nanoparticles with adsorbed PMAA be-come interfacially active and thus able to stabilize o/w emulsions when the degree of dissociation of the polye-lectrolyte layer is below 80 %. The average droplet size after emulsification of dodecane in water depends on the thickness and the degree of dissociation of the adsorbed PE-layer. The visualization of the particle-stabilized o/w emulsions by cryogenic SEM shows that for colloidally stable alumina-PMAA composites the oil-water interface is covered with a closely packed monolayer of particles, while for the colloidally unstable case closely packed aggregated particles deposit on the interface. (iii) By emulsifying a mixture of the corrosion inhibitor 8-hydroxyquinoline (8-HQ) and styrene with silica nanoparticles a highly stable o/w emulsion can be obtained in a narrow pH window. The amphoteric character of 8-HQ enables a pH dependent electrostatic interaction with silica nanoparticles, which can render them interfa-cially active. Depending on the concentration and the degree of dissociation of 8-HQ the adsorption onto silica results from electrostatic or aromatic interactions between 8-HQ and the particle-surface. At intermediate amounts of adsorbed 8-HQ the oil wettability of the particles becomes sufficient for stabilizing o/w emulsions. Cryogenic SEM visualization shows that the particles arrange then in a closely packed shell consisting of partly of aggregated domains on the droplet interface. For further increasing amounts of adsorbed 8-HQ the oil wet-tability is reduced again and the particles ability to stabilize emulsions decreases. By the addition of hexadecane to the oil phase the size of the droplets can be reduced down to 200 nm by in-creasing the silica mass fraction. Subsequent polymerization produces corrosion inhibitor filled (20 wt-%) poly-styrene-silica composite particles. The measurement of the release of 8-hydroxyquinoline shows a rapid increase of 8-hydroxyquinoline in a stirred aqueous solution indicating the release of the total content in less than 5 min-utes. The method is extended for the encapsulation of other organic corrosion inhibitors. The silica-polymer-inhibitor composite particles are then dispersed in a water based alkyd emulsion, and the dispersion is used to coat flat aluminium substrates. After drying and cross-linking the polmer-film Confocal Laser Scanning Micros-copy is employed revealing a homogeneous distribution of the particles in the film. Electrochemical Impedance Spectroscopy in aqueous electrolyte solutions shows that films with aggregated particle domains degrade with time and don’t provide long-term corrosion protection of the substrate. However, films with highly dispersed particles have high barrier properties for corrosive species. The comparison of films containing silica-polystyrene composite particles with and without 8-hydroxyquinoline shows higher electrochemical impedances when the inhibitor is present in the film. By applying the Scanning Vibrating Electrode Technique the localized corrosion rate in the fractured area of scratched polymer films containing the silica-polymer-inhibitor composite particles is studied. Electrochemical corrosion cannot be suppressed but the rate is lowered when inhibitor filled composite particles are present in the film. By depositing six polyelectrolyte layers on particle stabilized emulsion droplets their surface morphology changes significantly as shown by SEM visualization. When the oil wettability of the outer polyelectrolyte layer increases, the polyelectrolyte coated droplets can act as emulsion stabilizers themselves by attaching onto bigger oil droplets in a closely packed arrangement. In the presence of 3 mM LaCl3 8-HQ hydrophobized silica particles aggregate strongly on the oil-water inter-face. The application of an ultrasonic field can remove two dimensional shell-compartments from the droplet surface, which are then found in the aqueous bulk phase. Their size ranges up to 1/4th of the spherical particle shell.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Oberflächenmodifikationen zur Hydrophobierung von ursprünglich hydrophilen Feststoffpartikeln entwickelt. Die so modifizierten Partikel werden dann zur Stabilisierung von Öl-in-Wasser Emulsionen verwendet. Für sämtliche entwickelte Methoden sind elektrostatische Wechselwirkungen zwischen stark oder schwach dissoziierten chemischen Gruppen essentiell. (i) Kurzkettige Alkyltrimethylammonium Bromide (C4-C12) adsorbieren auf entgegengesetzt geladenen Partikeln. Makroskopische Kontaktwinkelmessungen von Wasser Tropfen in Luft und Hexan auf flachen Siliziumoxid Oberflächen mit variabler Oberflächenladungsdichte und Alkylkettenlänge ermöglichen die Berechnung der Oberflächenenergie und geben Einblicke in die Emulgationseigenschaften von so modifizierten Feststoffpartikeln. Die Messungen zeigen einen Anstieg des Kontakwinkels mit steigender Oberflächenladungsdichte, bedingt durch die verstärkte Adsorption von entgegengesetzt geladenen Alkyltrimethylammonium Bromiden. Die Kontaktwinkel sind zudem größer für längerkettige Alkyltrimethylammonium Bromide. Die Berechnungen der Oberflächenenergie zeigen, dass besonders die Feststoff-Hexan oder Feststoff-Luft Grenzflächenenergie durch die Adsorption verringert wird, wohingegen die Feststoff-Wasser Oberflächenenergie nur bei längeren Alkylkettenlängen und hohen Oberflächenladungsdichten signifikant ansteigt. (ii) Die Schichtdicke und Ladungsdichte von adsorbierten schwachen Polyelektrolyten (z.B. PMAA, PAH) beeinflusst die Benetzbarkeit von Nanopartikeln (z.B. Aluminiumoxid, Siliziumoxid). Der isoelektrische Punkt und der pH Bereich für kolloidale Stabilität solcher Polyelektrolyt modifizierter Partikel hängt von der Dicke der Polyelektrolytschicht ab. Siliziumoxid und Aluminiumoxid Nanopartikel mit adsorbierten PAH bzw. PMAA werden Grenzflächenaktiv und dadurch befähigt Öl-in-Wasser Emulsionen zu stabilisieren, wenn der Dissoziationsgrad der Polyelektrolytschicht geringer als 80 % ist. Die durchschnittliche Tropfengröße von Dodecan-in-Wasser Emulsionen ist abhängig von der Polyelektrolytschichtdicke und dem Dissoziationsgrad. Die Visualisierung von Partikel stabilisierten Öl-in-Wasser Emulsionen durch kryogene REM zeigt, dass im Falle von kolloidal stabilen Aluminiumoxid-PMAA Partikeln die Öl-Tröpfchen mit einer dichtgepackten Partikelhülle belegt sind, während für kolloidal destabilisierte Partikel eine Hülle aus aggregierten Partikeln gefunden wird. (iii) Durch das Emulgieren einer Lösung des Korrosionsinhibitors 8-Hydroxychinolins (8HQ) in Styrol mit Siliziumoxid Nanopartikeln können stabile Öl-in-Wasser Emulsionen in einem pH Fenster von 4 - 6 hergestellt werden. Der amphoterische Charakter von 8HQ ermöglicht eine pH abhängige elektrostatische Wechselwirkung mit den Siliziumdioxid Nanopartikeln, welche diese Grenzflächenaktiv werden lässt. In Abhängigkeit der Konzentration und des Dissoziationsgrads von 8HQ folgt die Adsorption auf Siliziumdioxid aus elektrostatischen oder aromatischen Wechselwirkungen zwischen 8HQ und der Partikeloberfläche. Bei mittleren adsorbierten Mengen wird die Öl Benetzbarkeit der Partikel ausreichend erhöht um Öl-in-Wasser Emulsionen zu stabilisieren. Kryogene REM zeigt, dass die Partikel dann in dicht gepackte Hüllen, mit teilweise aggregierten Domänen auf der Öltröpfchenoberfläche vorliegen. Durch weiter ansteigende adsorbierte 8HQ Mengen wird die Öl-Benetzbarkeit wieder zurückgesetzt und die Emulgationsfähigkeit der Partikel aufgehoben. Durch die Zugabe von Hexadecan zur Öl Phase kann die Tropfengröße durch Erhöhung des Siliziumdioxid Anteils auf 200 nm herabgesetzt werden. Anschließende Polymerisation des Styrols generiert Korrosionsinhibitor gefüllte (20 Gew-%) Polystyrol-Silizumoxid Komposite. Die Messung der Freisetzungsrate von 8HQ zeigt einen schnellen Anstieg der 8HQ Konzentration in einer gerührten wässrigen Lösung innerhalb von 5 Minuten. Die Verkapselungsmethode wird auch für andere organische Korrosionsinhibitoren erweitert. Die Komposite werden dann in einer wasserbasierten Alkydpräpolymeremulsion dispergiert und diese Mischung wird zur Beschichtung von flachen Aluminiumplatten genutzt. Nach Trocknung und Quervernetzung des Films wird Konfokale Laser Mikroskopie dazu verwendet um die räumliche Verteilung der Composite im Film zu visualisieren. Elektrochemische Impedanzspektroskopie zeigt, dass die Barriereeigenschaften des Films durch die Anwesenheit der Komposite verbessert sind. Raster Vibrationselektroden Messungen zeigen, dass die Korrosionsrate in einem Kratzer des Films durch die Anwesenheit der Inhibitor efüllten Komposite reduziert ist. Durch die Ablagerung von 6 Polyelektroytschichten auf Feststoffstabilisierten Emulsionströpfchen verändert sich deren Oberflächenmorphologie deutlich (gezeigt durch REM). Wenn die Ölbenetzbarkeit der äußeren Polyelektrolytschicht ansteigt, dann können solche Polyelektolytbeschichteten Feststoffstabilisierte Emulsionströpfchen selber als Emulsionsstabilisatoren verwendet werden. Diese lagern sich dann in einer dicht gepackten Schicht auf der Oberfläche von größeren Emulsionstropfen ab. In der Gegenwart von 3 mM LaCl3 aggregieren 8HQ modifizierte Siliziumoxid Partikel stark auf der Öl-Wasser Grenzfläche. Der Einsatz von Ultraschall kann aggregierte Schalenbestandteile von der Tropfenoberfläche wegreißen. Diese Wracks können bis zu einem Viertel der Kugelhülle ausmachen und liegen dann als kolloidale Schalen im Wasser vor.
KW  - Nanopartikel
KW  - Emulsionen
KW  - Polyelektrolyte
KW  - Korrosion
KW  - Adsorption
KW  - nanoparticles
KW  - emulsions
KW  - polyelectrolytes
KW  - corrosion
KW  - adsorption
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55413
ER  - 
TY  - THES
A1  - Valverde Serrano, Clara
T1  - Self-assembly behavior in hydrophilic block copolymers
T1  - Selbstorganisation von hydrophilen Blockcopolymeren
N2  - Block copolymers are receiving increasing attention in the literature. Reports on amphiphilic block copolymers have now established the basis of their self-assembly behavior: aggregate sizes, morphologies and stability can be explained from the absolute and relative block lengths, the nature of the blocks, the architecture and also solvent selectiveness. In water, self-assembly of amphiphilic block copolymers is assumed to be driven by the hydrophobic. The motivation of this thesis is to study the influence on the self-assembly in water of A b B type block copolymers (with A hydrophilic) of the variation of the hydrophilicity of B from non-soluble (hydrophobic) to totally soluble (hydrophilic). Glucose-modified polybutadiene-block-poly(N-isopropylacrylamide) copolymers were prepared and their self-assembly behavior in water studied. The copolymers formed vesicles with an asymmetric membrane with a glycosylated exterior and poly(N-isopropylacrylamide) on the inside. Above the low critical solution temperature (LCST) of poly(N-isopropylacrylamide), the structure collapsed into micelles with a hydrophobic PNIPAM core and glycosylated exterior. This collapse was found to be reversible. As a result, the structures showed a temperature-dependent interaction with L-lectin proteins and were shown to be able to encapsulate organic molecules. Several families of double hydrophilic block copolymers (DHBC) were prepared. The blocks of these copolymers were biopolymers or polymer chimeras used in aqueous two-phase partition systems. Copolymers based on dextran and poly(ethylene glycol) blocks were able to form aggregates in water. Dex6500-b-PEG5500 copolymer spontaneously formed vesicles with PEG as the “less hydrophilic” barrier and dextran as the solubilizing block. The aggregates were found to be insensitive to the polymer's architecture and concentration (in the dilute range) and only mildly sensitive to temperature. Variation of the block length, yielded different morphologies. A longer PEG chain seemed to promote more curved aggregates following the inverse trend usually observed in amphiphilic block copolymers. A shorter dextran promoted vesicular structures as usually observed for the amphiphilic counterparts. The linking function was shown to have an influence of the morphology but not on the self-assembly capability in itself. The vesicles formed by dex6500-b-PEG5500 showed slow kinetics of clustering in the presence of Con A lectin. In addition both dex6500-b-PEG5500 and its crosslinked derivative were able to encapsulate fluorescent dyes. Two additional dextran-based copolymers were synthesized, dextran-b-poly(vinyl alcohol) and dextran-b-poly(vinyl pyrrolidone). The study of their self-assembly allowed to conclude that aqueous two-phase systems (ATPS) is a valid source of inspiration to conceive DHBCs capable of self-assembling. In the second part the principle was extended to polypeptide systems with the synthesis of a poly(N-hydroxyethylglutamine)-block-poly(ethylene glycol) copolymer. The copolymer that had been previously reported to have emulsifying properties was able to form vesicles by direct dissolution of the solid in water. Last, a series of thermoresponsive copolymers were prepared, dextran-b-PNIPAMm. These polymers formed aggregates below the LCST. Their structure could not be unambiguously elucidated but seemed to correspond to vesicles. Above the LCST, the collapse of the PNIPAM chains induced the formation of stable objects of several hundreds of nanometers in radius that evolved with increasing temperature. The cooling of these solution below LCST restored the initial aggregates. This self-assembly of DHBC outside any stimuli of pH, ionic strength, or temperature has only rarely been described in the literature. This work constituted the first formal attempt to frame the phenomenon. Two reasons were accounted for the self-assembly of such systems: incompatibility of the polymer pairs forming the two blocks (enthalpic) and a considerable solubility difference (enthalpic and entropic). The entropic contribution to the positive Gibbs free energy of mixing is believed to arise from the same loss of conformational entropy that is responsible for “the hydrophobic effect” but driven by a competition for water of the two blocks. In that sense this phenomenon should be described as the “hydrophilic effect”.
N2  - Blockcopolymere erfahren ein stetig wachsendes Interesse, was an der steigenden Anzahl an Publikationen zu diesem Thema erkennbar ist. Zahlreiche Studien zu amphiphilen Blockcopolymeren haben dabei einige grundlegende Erkenntnisse über deren chemisches und physikalisches Verhalten, vor allem über die Selbstorganisation, hervorgebracht. So können die Größe, die verschiedenen Morphologien und auch die Stabilität der gebildeten Aggregate anhand der relativen und absoluten Blocklängen, die chemischen Struktur der Blöcke, der molekularen Architektur und der Eigenschaften des verwendeten Lösungsmittel erklärt werden. Im speziellen Fall des Wassers als Lösungsmittel bist die Selbstorganisation amphiphiler Blockcopolymere durch den hydrophoben Effekt bedingt. Dieser Arbeit liegt das Interesse an der Selbstorganisation in wässrigem Medium von Blockcopolymeren des Typs A-b-B mit A als hydrophilem Block und B als Block mit variierender Hydrophilie bzw. Hydrophpobie von unlöslich bis vollständig löslich zugrunde. Durch Variation dieser Eigenschaften von Block B soll dessen Einfluss auf das Selbstorganisationsverhalten untersucht werden. Dazu wurden mit Glucose modifizierte Polybutadien-block-Poly(N-Isopropylacrylamid)-Copolymere hergestellt und deren Selbstorganisation in Wasser untersucht. Die Copolymere bilden Vesikel mit einer asymmetrischen Membran, wobei im äußeren Bereich glycolysierte Gruppen und im inneren Bereich Poly(N-Isopropylacrylamid) (PNIPAM) vorliegen. Beim Überschreiten der low critical solution temperature (LCST) kollabiert die vesikuläre Struktur unter Bildung von Mizellen mit einem hydrophoben PNIPAM-Mizellinneren und nach außen gerichteten glycolysierten Blöcken. Diese strukturelle Umwandlung ist reversibel. Die Strukturen zeigten außerdem eine temperaturabhängige Wechselwirkung mit L-Lectin-Proteinen und die Möglichkeit zur Einkapselung organischer Moleküle konnte belegt werden. Des weiteren wurden verschiedene Gruppen von Blockcopolymeren mit zwei hydrophilen Blöcken synthetisiert (double hydrophilic block copolymers – DHBC). Die Blöcke dieser Systeme waren entweder Biopolymere oder Polymerchimäre, die in wässrigen Zwei-Phasen-Trennverfahren eingesetzt werden. Polymere, die auf Dextran- und Poly(ethylenglycol)-Blöcken basieren, zeigen Aggregatbildung in wässriger Phase. Dex6500-b-PEG5500 bildet spontan Vesikel mit PEG als „weniger hydrophilem“ Bestandteil und Dextran als löslichem Block. Die Bildung dieser Vesikel zeigte keine Emfpindlichkeit gegenüber einer Veränderung der Polymerarchitektur und der Konzentration, und nur eine geringe Sensitivität gegenüber Temperaturänderungen. Veränderungen der Blocklängen dagegen beeinflussten die Selbstorganisation und führten zu unterschiedlichen Morphologien. Längere PEG-Blöcke bevorzugten dabei die Bildung eher gekrümmter Aggregate, entgegen dem Trend, der gewöhnlicherweise für amphiphile Blockcopolymere beobachtet wird. Die Verkürzung des Dextran-Blocks fördert die Ausbildung vesikulärer Strukturen, was dem Verhalten der amphiphilen Gegenspieler der DHBC-Systeme entspricht. Die funktionelle Gruppe zur Verbindung der beiden Blöcke hat zwar einen Einfluss auf die Morphologie der gebildeten Aggregate, nicht jedoch auf die eigentliche Fähigkeit der Systeme zur Selbstorganisation. Die Dex6500-b-PEG5500-Vesikel wiesen zudem eine langsame Bildungskinetik in Gegenwart von Con-A-Lectin auf. Des Weiteren waren sowohl Dex6500-b-PEG5500 als auch das quervernetzte Derivate dieses Copolymers in der Lage, Fluoreszenzfarbstoffe einzulagern. Um zu zeigen, dass wässrige Zwei-Phasen-Systeme (aqueous two phase systems – ATPS) eine belastbare Grundlage für die Untersuchung und Entwicklung selbstorganisierender DHBC-Systeme sind, wurden weitere Dextran-basierte Copolymere synthetsisiert: Dextran-b-Poly(vinylalokohol) und Detran-b-Poly(vinylpyrrolidon). In einem zweiten Teil dieser Arbeit wurde das zuvor erarbeitete Prinzip auf auf Polypeptidsysteme ausgeweitet. Dazu wurde ein Poly(N-Hydroxyethylglutamin)-block-Poly(ethylenglycol)-Copolymer hergestellt. Dieses Copolymer, dessen emulgierenden Eigenschaften bereits bekannt waren, wies unmittelbar nach Lösung des Feststoffes in Wasser Vesikelbildung auf. In einem dritten Teil der Studie wurden thermoresponsive Copolymere hergestellt und untersucht: Dextran-b-PNIPAMm. Unterhalb der LCST konnte die Bildung von Aggregaten nachgewiesen werden, deren Struktur nicht zweifelsfrei entschlüsselt werden konnte, wobei jedoch zahlreiche Hinweise auf eine vesikuläre Struktur hindeuten. Oberhalb der LCST wurde durch die Kollabierung der PNIPAM-Ketten die Bildung stabiler Strukturen mit Radien von mehreren hundert Nanometern induziert, deren weitere Entwicklung durch eine weitere Temperaturerhöhung gefördert werden konnte. Durch Rückkühlung in den Temperaturebereich unterhalb der LCST konnten die zuvor beobachteten Aggregate reversibel zurückgebildet werden. Das Selbstorganisationsverhalten von DHBC, unabhängig vom Einfluss des pH-Werts, der Ionenstärke oder der Temperatur are bisher nur in sehr geringem Umfang Gegenstand wissenschaftlicher Veröffentlichungen. Diese Arbeit stellt damit den ersten umfassenden Beitrag zur systematischen Erarbeitung dieses Phänomens dar. Es konnten dabei zwei Ursachen für die beobachteten Selbstorganisationseffekte bestimmt werden: die Inkompatibilität der beiden Polymerblöcke (enthalpischer Effekt) und der Unterschied in deren Löslichkeit (enthalpische und entropische Effekte). Der entropische Beitrag zur positiven Gibbs’schen Freien Mischungsenergie wird dem selben Verlust konformativer Entropie zugeordnet, der auch für den hydrophoben Effekt verantwortlich ist, allerdings angetrieben durch einen Wettbewerb der beiden Polymerblöcke um das Wasser. In diesem Sinne kann man das beobachtete Phänomen als „hydrophilen Effekt“ bezeichnen.
KW  - Selbstorganisation
KW  - Blockcopolymere
KW  - hydrophil
KW  - self-assembly
KW  - copolymers
KW  - hydrophilic
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-54163
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TY  - THES
A1  - Klinkusch, Stefan
T1  - Simulations of laser-induced correlated many-electron dynamics in molecular systems
T1  - Simulationen laserinduzierter korrelierter Vielelektronendynamik in molekularen Systemen
N2  - In this thesis, simulations of laser-driven many-electron dynamics in molecules are presented, i.e., the interaction between molecules and an electromagnetic field is demonstrated. When a laser field is applied to a molecular system, a population of higher electronic states takes place as well as other processes, e.g. photoionization, which is described by an appropriate model. Also, a finite lifetime of an excited state can be described by such a model. In the second part, a method is postulated that is capable of describing electron correlation in a time-dependent scheme. This is done by introducing a single-electron entropy that is at least temporarily minimized in a further step.
N2  - Im Rahmen dieser Doktorarbeit werden Simulationen lasergetriebener Vielelektronendynamik in Molekülen präsentiert, d.h., die Wechselwirkung zwischen Molekülen und einem elektromagnetischen Feld wird demonstriert. Bei Laseranregungen finden nicht nur elektronische Übergänge statt, sondern auch weitere Prozesse wie die Photoionisation, die mit einem geeigneten Modell beschrieben wird. Auch die endliche Lebensdauer angeregter Zustände kann mit einem solchen Modell beschrieben werden. Im zweiten Teil wird eine Methode postuliert, die fähig ist, die Elektronenkorrelation zeitabhängig zu beschreiben. Dies wird durch die Einführung einer Einelektronenentropie erreicht, die in einem weiteren Schritt zumindest kurzzeitig minimiert wird.
KW  - Elektronendynamik
KW  - Laserpulse
KW  - Photoionisation
KW  - Elektronenkorrelation
KW  - electron dynamics
KW  - laser pulses
KW  - photoionization
KW  - electron correlation
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55445
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TY  - THES
A1  - Popovic, Jelena
T1  - Novel lithium iron phosphate materials for lithium-ion batteries
T1  - Neuartige Lithium-Eisen-Phosphat-Materialien für Lithium-Ionen-Batterien
N2  - Conventional energy sources are diminishing and non-renewable, take million years to form and cause environmental degradation. In the 21st century, we have to aim at achieving sustainable, environmentally friendly and cheap energy supply by employing renewable energy technologies associated with portable energy storage devices. Lithium-ion batteries can repeatedly generate clean energy from stored materials and convert reversely electric into chemical energy. The performance of lithium-ion batteries depends intimately on the properties of their materials. Presently used battery electrodes are expensive to be produced; they offer limited energy storage possibility and are unsafe to be used in larger dimensions restraining the diversity of application, especially in hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs). This thesis presents a major progress in the development of LiFePO4 as a cathode material for lithium-ion batteries. Using simple procedure, a completely novel morphology has been synthesized (mesocrystals of LiFePO4) and excellent electrochemical behavior was recorded (nanostructured LiFePO4). The newly developed reactions for synthesis of LiFePO4 are single-step processes and are taking place in an autoclave at significantly lower temperature (200 deg. C) compared to the conventional solid-state method (multi-step and up to 800 deg. C). The use of inexpensive environmentally benign precursors offers a green manufacturing approach for a large scale production. These newly developed experimental procedures can also be extended to other phospho-olivine materials, such as LiCoPO4 and LiMnPO4. The material with the best electrochemical behavior (nanostructured LiFePO4 with carbon coating) was able to delive a stable 94% of the theoretically known capacity.
N2  - Konventionelle Energiequellen sind weder nachwachsend und daher nachhaltig nutzbar, noch weiterhin langfristig verfügbar. Sie benötigen Millionen von Jahren um gebildet zu werden und verursachen in ihrer Nutzung negative Umwelteinflüsse wie starke Treibhausgasemissionen. Im 21sten Jahrhundert ist es unser Ziel nachhaltige und umweltfreundliche, sowie möglichst preisgünstige Energiequellen zu erschließen und nutzen. Neuartige Technologien assoziiert mit transportablen Energiespeichersystemen spielen dabei in unserer mobilen Welt eine große Rolle. Li-Ionen Batterien sind in der Lage wiederholt Energie aus entsprechenden Prozessen nutzbar zu machen, indem sie reversibel chemische in elektrische Energie umwandeln. Die Leistung von Li-Ionen Batterien hängen sehr stark von den verwendeten Funktionsmaterialien ab. Aktuell verwendete Elektrodenmaterialien haben hohe Produktionskosten, verfügen über limitierte Energiespeichekapazitäten und sind teilweise gefährlich in der Nutzung für größere Bauteile. Dies beschränkt die Anwendungsmöglichkeiten der Technologie insbesondere im Gebiet der hybriden Fahrzeugantriebe. Die vorliegende Dissertation beschreibt bedeutende Fortschritte in der Entwicklung von LiFePO4 als Kathodenmaterial für Li-Ionen Batterien. Mithilfe einfacher Syntheseprozeduren konnten eine vollkommen neue Morphologie (mesokristallines LiFePo4) sowie ein nanostrukturiertes Material mit exzellenten elektrochemischen Eigenschaften hergestellt werden. Die neu entwickelten Verfahren zur Synthese von LiFePo4 sind einschrittig und bei signifikant niedrigeren Temperaturen im Vergleich zu konventionellen Methoden. Die Verwendung von preisgünstigen und umweltfreundlichen Ausgangsstoffen stellt einen grünen Herstellungsweg für die large scale Synthese dar. Mittels des neuen Synthesekonzepts konnte meso- und nanostrukturiertes LiFe PO4 generiert werden. Die Methode ist allerdings auch auf andere phospho-olivin Materialien (LiCoPO4, LiMnPO4) anwendbar. Batterietests der besten Materialien (nanostrukturiertes LiFePO4 mit Kohlenstoffnanobeschichtung) ergeben eine mögliche Energiespeicherung von 94%.
KW  - Li-Ionen-Akkus
KW  - Kathode
KW  - LiFePO4
KW  - Mesokristalle
KW  - Nanopartikel
KW  - Li-ion batteries
KW  - cathode
KW  - LiFePO4
KW  - mesocrystals
KW  - nanoparticles
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-54591
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TY  - THES
A1  - Göbel, Ronald
T1  - Hybridmaterialien aus mesoporösen Silica und ionischen Flüssigkeiten
T1  - Hybrid materials of mesoporous silica and ionic liquids
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung mesoporöser monolithischer Silica und deren Hybridmaterialien mit Ionischen Flüssigkeiten (ILs, ionic liquids). Zur Synthese der Silicaproben wurde ein Sol-Gel-Verfahren, ausgehend von einer Präkursorverbindung wie Tetramethylorthosilicat angewendet. Der Katalysator mit der geringsten Basizität führte zum Material mit der kleinsten Porengröße und der größten spezifischen Oberfläche. Eine Kombination von porösen Silica mit ILs führt zur Materialklasse der Silica-Ionogele. Diese Hybridmaterialien verbinden die Eigenschaften eines porösen Festkörpers mit denen einer IL (Leitfähigkeit, weites elektrochemisches Fenster, gute thermische Stabilität) und bieten vielfältige Einsatzmöglichkeiten z.B. in der Katalyse- Solar- und Sensortechnik. Um diese Materialien für ihren Verwendungszweck zu optimieren, bedarf es deren umfassenden Charakterisierung. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit das thermische Verhalten von Silica-Ionogelen unter Verwendung verschiedener 1-Ethyl-3-methylimidazolium [Emim]-basierter ILs untersucht. Interessanterweise zeigen die untersuchten ILs deutliche Änderungen in ihrem thermischen Verhalten, wenn diese in porösen Materialien eingeschlossen werden (Confinement). Während sich die untersuchten reinen ILs durch klar unterscheidbare Phasenübergänge auszeichnen, konnten für die entsprechenden Hybridmaterialien deutlich schwächer ausgeprägte Übergänge beobachtet werden. Einzelne Phasenübergänge wurden unterdrückt (Glas- und Kristallisationsübergänge), während z.B. Schmelzübergänge in verbreiterten Temperaturbereichen, zum Teil als einzeln getrennte Schmelzpeaks beobachtet wurden. Diese Untersuchungen belegen deutliche Eigenschaftsänderungen der ILs in eingeschränkten Geometrien. Über Festkörper-NMR-Spektroskopie konnte außerdem gezeigt werden, daß die ILs in den mesoporösen Silicamaterialien eine unerwartet hohe Mobilität aufweisen. Die ILs können als quasi-flüssig bezeichnet werden und zeigen die nach bestem Wissen höchste Mobilität, die bisher für vergleichbare Hybridmaterialien beobachtet wurde. Durch Verwendung von funktionalisierten Präkursoren, sowie der Wahl der Reaktionsbedingungen, kann die Oberfläche der Silicamaterialien chemisch funktionalisiert werden und damit die Materialeigenschaften in der gewünschten Weise beeinflußt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluß der Oberflächenfunktionalität auf das thermische Verhalten hin untersucht. Dazu wurden zwei verschiedene Möglichkeiten der Funktionalisierung angewendet und miteinander verglichen. Bei der in-situ-Funktionalisierung wird die chemische Funktionalität während der Sol-Gel-Synthese über ein entsprechend funktionalisiertes Silan mit in das Silicamaterial einkondensiert. Eine postsynthetische Funktionalisierung erfolgt durch Reaktion der Endgruppen eines Silicamaterials mit geeigneten Reaktionspartnern. Um den Einfluß der physikalischen Eigenschaften der Probe auf die Reaktion zu untersuchen, wurden pulverisierte und monolithische Silicamaterialien miteinander verglichen. Im letzten Teil der Arbeit wurde die Vielfältigkeit, mit der Silicamaterialien postsynthetisch funktionalisiert werden können demonstriert. Durch die Kenntnis von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen können die Eigenschaften von Silica-Ionogelen durch die geeignete Kombination von fester und mobiler Phase in der gewünschten Weise verändert werden. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur Untersuchung dieser Beziehungen leisten, um das Potential dieser interessanten Materialien für Anwendungen nutzen zu können.
N2  - This work describes the synthesis and characterization of mesoporous monolithic silica and its hybrid materials with ionic liquids (ILs). For synthesis of the silica samples a sol-gel method was used. The catalyst with the weakest basicity leads to the material with the smallest pore size and the largest specific surface area. Combination of porous silica with ILs yields silica-ionogels. These hybrid materials combine the properties of porous solids with the properties of ILs (which is e.g. high conductivity, wide electrochemical stability window, and good thermal stability) and therefore offer a variety of possible applications like catalysis, solar and sensing. To optimize these materials for specific applications there is a need to understand their structure-composition-property relations. For this reason the thermal behavior of silica-ionogels was studied using different 1-ethyl-3-methylimidazolium [Emim]-based ILs. Interestingly the ILs show a clear change in their thermal behavior upon confinement in porous silica. Whereas the pure ILs show distinct phase transitions, the hybrid materials exhibit considerably weaker phase transitions. Phase transitions are suppressed (glass- and crystallization phase transitions); melting transitions show multiple melting peaks. Furthermore solid-state NMR also shows that ILs in mesoporous silica exhibit unusual high mobility. The confined ILs can therefore be classified as quasi-liquid and represents to our best knowledge the highest mobility observed so far in ionogels. By using functionalized silane precursors and different reaction conditions the silica surface was chemically functionalized which further changes the material properties. In a final approach a post-synthetic functionalization was performed by reaction of the selected groups of a silica material with suitable reactants. To study the effect of the physical appearance on the characteristics of the final material, powdered and monolithic samples were studied. In the last part of the work the versatility of post-synthetic silica functionalization was demonstrated. The current work contributes to a better understanding of structure-property correlations, to improve the potential of these interesting materials for possible applications.
KW  - Silica
KW  - ionische Flüssigkeiten
KW  - mesoporös
KW  - Hybridmaterialien
KW  - Sol-Gel
KW  - silica
KW  - ionic liquids
KW  - mesoporous
KW  - hybrid materials
KW  - sol-gel
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-54022
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TY  - THES
A1  - Weiß, Jan
T1  - Synthesis and self-assembly of multiple thermoresponsive amphiphilic block copolymers
T1  - Synthese und Selbstorganisation von mehrfach thermisch schaltbaren amphiphilen Blockcopolymeren
N2  - In the present thesis, the self-assembly of multi thermoresponsive block copolymers in dilute aqueous solution was investigated by a combination of turbidimetry, dynamic light scattering, TEM measurements, NMR as well as fluorescence spectroscopy. The successive conversion of such block copolymers from a hydrophilic into a hydrophobic state includes intermediate amphiphilic states with a variable hydrophilic-to-lipophilic balance. As a result, the self-organization is not following an all-or-none principle but a multistep aggregation in dilute solution was observed. The synthesis of double thermoresponsive diblock copolymers as well as triple thermoresponsive triblock copolymers was realized using twofold-TMS labeled RAFT agents which provide direct information about the average molar mass as well as residual end group functionality from a routine proton NMR spectrum. First a set of double thermosensitive diblock copolymers poly(N-n-propylacrylamide)-b-poly(N-ethylacrylamide) was synthesized which differed only in the relative size of the two blocks. Depending on the relative block lengths, different aggregation pathways were found. Furthermore, the complementary TMS-labeled end groups served as NMR-probes for the self-assembly of these diblock copolymers in dilute solution. Reversible, temperature sensitive peak splitting of the TMS-signals in NMR spectroscopy was indicative for the formation of mixed star-/flower-like micelles in some cases. Moreover, triple thermoresponsive triblock copolymers from poly(N-n-propylacrylamide) (A), poly(methoxydiethylene glycol acrylate) (B) and poly(N-ethylacrylamide) (C) were obtained from sequential RAFT polymerization in all possible block sequences (ABC, BAC, ACB). Their self-organization behavior in dilute aqueous solution was found to be rather complex and dependent on the positioning of the different blocks within the terpolymers. Especially the localization of the low-LCST block (A) had a large influence on the aggregation behavior. Above the first cloud point, aggregates were only observed when the A block was located at one terminus. Once placed in the middle, unimolecular micelles were observed which showed aggregation only above the second phase transition temperature of the B block. Carrier abilities of such triple thermosensitive triblock copolymers tested in fluorescence spectroscopy, using the solvatochromic dye Nile Red, suggested that the hydrophobic probe is less efficiently incorporated by the polymer with the BAC sequence as compared to ABC or ACB polymers above the first phase transition temperature. In addition, due to the problem of increasing loss of end group functionality during the subsequent polymerization steps, a novel concept for the one-step synthesis of multi thermoresponsive block copolymers was developed. This allowed to synthesize double thermoresponsive di- and triblock copolymers in a single polymerization step. The copolymerization of different N-substituted maleimides with a thermosensitive styrene derivative (4-vinylbenzyl methoxytetrakis(oxyethylene) ether) led to alternating copolymers with variable LCST. Consequently, an excess of this styrene-based monomer allowed the synthesis of double thermoresponsive tapered block copolymers in a single polymerization step.
N2  - Die Selbstorganisation von mehrfach thermisch schaltbaren Blockcopolymeren in verdünnter wässriger Lösung wurde mittels Trübungsphotometer, dynamischer Lichtstreuung, TEM Messungen, NMR sowie Fluoreszenzspektroskopie untersucht. Die schrittweise Überführung eines hydrophilen in ein hydrophobes Blockcopolymer beinhaltet ein oder mehr amphiphile Zwischenstufen mit einstellbarem hydrophilen zu lipophilen Anteil (HLB). Dies führt dazu, dass die Selbstorganisation solcher Polymere in Lösung nicht nur einem Alles-oder-nichts-Prinzip folgt sondern ein mehrstufiges Aggregationsverhalten beobachtet wird. Die Synthese von doppelt thermisch schaltbaren Diblockcopolymeren und dreifach thermisch schaltbaren Triblockcopolymeren wurde durch sequenzielle RAFT Polymerisation realisiert. Dazu wurden zweifach TMS-markierte RAFT Agentien verwendet, welche die Bestimmung der molaren Masse sowie der verbliebenen Endgruppenfunktionalität direkt aus einem Protonen NMR Spektrum erlauben. Mit diesen RAFT Agentien wurde zunächst eine Serie von doppelt thermisch schaltbaren Diblockcopolymeren aus Poly(N-n-propylacrylamid)-b-Poly(N-ethylacrylamid), welche sich lediglich durch die relativen Blocklängen unterscheiden, hergestellt. In Abhängigkeit von der relativen Blocklänge wurde ein unterschiedliches Aggregationsverhalten der Diblockcopolymere in verdünnter wässriger Lösung beobachtet. Des Weiteren wirken die komplementär TMS-markierten Endgruppen als NMR-Sonden während der schrittweisen Aggregation dieser Polymere. Reversible, temperaturabhängige Peakaufspaltung der TMS-Signale in der NMR Spektroskopie spricht für eine Aggregation in gemischte stern-/blumenartige Mizellen, in denen ein Teil der hydrophoben Endgruppen in den hyrophoben Kern zurückfaltet. Obendrein wurden dreifach thermisch schaltbare Triblockcopolymere aus Poly(N-n-propylacrylamid) (A), Poly(methoxydiethylen glycol acrylat) (B) und Poly(N-ethylacrylamid) (C) in allen möglichen Blocksequenzen (ABC, BAC, ACB) durch schrittweisen Aufbau mittels RAFT Polymerisation erhalten. Das Aggregationsverhalten dieser Polymere in verdünnter wässriger Lösung war relativ komplex und hing stark von der Position der einzelnen Blöcke in den Triblockcopolymeren ab. Besonders die Position des Blocks mit der niedrigsten LCST (A) war ausschlaggebend für die resultierenden Aggregate. So wurde oberhalb der ersten Phasenübergangstemperatur nur Aggregation der Triblockcopolymere beobachtet, wenn der A Block an einem der beiden Enden der Polymere lokalisiert war. Wurde der A Block hingegen in der Mitte der Polymere positioniert, entstanden unimere Mizellen zwischen der ersten und zweiten Phasenübergangstemperatur, welche erst aggregierten, nachdem der zweite Block (B) seinen Phasenübergang durchlief. Die Transportereigenschaften dieser Triblockcopolymere wurden mittels Fluoreszenzspektroskopie getestet. Dazu wurde die Einlagerung eines hydrophoben, solvatochromen Fluoreszenzfarbstoffes, Nilrot, in Abhängigkeit der Temperatur untersucht. Im Gegensatz zu den Polymeren mit der Blocksequenz ABC oder ACB, zeigten die Polymere mit der Sequenz BAC eine verminderte Aufnahmefähigkeit des hydrophoben Farbstoffes oberhalb des ersten Phasenübergangs, was auf die fehlende Aggregation und die damit verbundenen relativ kleinen hydrophoben Domänen der unimolekularen Mizellen zwischen der ersten und zweiten Phasenübergangstemperatur zurückzuführen ist. Aufgrund des zunehmenden Verlustes von funktionellen Endgruppen während der RAFT Synthese von Triblockcopolymeren wurde ein neuartiges Konzept zur Einschrittsynthese von mehrfach schaltbaren Blockcopolymeren entwickelt. Dieses erlaubt die Synthese von mehrfach schaltbaren Diblock- und Triblockcopoylmeren in einem einzelnen Reaktionsschritt. Die Copolymeriation von verschiedenen N-substituierten Maleimiden mit einem thermisch schaltbaren Styrolderivat (4-Vinylbenzylmethoxytetrakis(oxyethylene) ether) ergab alternierende Copolymere mit variabler LCST. Die Verwendung eines Überschusses dieses styrolbasierten Monomers erlaubt ferner die Synthese von Gradientenblockcopolymeren in einem einzelnen Polymerisationsschritt.
KW  - Selbstorganisation
KW  - Blockcopolymer
KW  - RAFT
KW  - temperaturschaltbar
KW  - Mizelle
KW  - self-assembly
KW  - block copolymer
KW  - RAFT
KW  - thermoresponsive
KW  - micelle
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-53360
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TY  - THES
A1  - Kubo, Shiori
T1  - Nanostructured carbohydrate-derived carbonaceous materials
T1  - Nanostrukturierte kohlenstoffbasierte Materialien aus Kohlenhydraten
N2  - Nanoporous carbon materials are widely used in industry as adsorbents or catalyst supports, whilst becoming increasingly critical to the developing fields of energy storage / generation or separation technologies. In this thesis, the combined use of carbohydrate hydrothermal carbonisation (HTC) and templating strategies is demonstrated as an efficient route to nanostructured carbonaceous materials. HTC is an aqueous-phase, low-temperature (e.g. 130 – 200 °C) carbonisation, which proceeds via dehydration / poly-condensation of carbon precursors (e.g. carbohydrates and their derivatives), allowing facile access to highly functional carbonaceous materials. Whilst possessing utile, modifiable surface functional groups (e.g. -OH and -C=O-containing moieties), materials synthesised via HTC typically present limited accessible surface area or pore volume. Therefore, this thesis focuses on the development of fabrication routes to HTC materials which present enhanced textural properties and well-defined porosity. In the first discussed synthesis, a combined hard templating / HTC route was investigated using a range of sacrificial inorganic templates (e.g. mesoporous silica beads and macroporous alumina membranes (AAO)). Via pore impregnation of mesoporous silica beads with a biomass-derived carbon source (e.g. 2-furaldehyde) and subsequent HTC at 180 oC, an inorganic / carbonaceous hybrid material was produced. Removal of the template component by acid etching revealed the replication of the silica into mesoporous carbonaceous spheres (particle size ~ 5 μm), representing the inverse morphological structure of the original inorganic body. Surface analysis (e.g. FTIR) indicated a material decorated with hydrophilic (oxygenated) functional groups. Further thermal treatment at increasingly elevated temperatures (e.g. at 350, 550, 750 oC) under inert atmosphere allowed manipulation of functionalities from polar hydrophilic to increasingly non-polar / hydrophobic structural motifs (e.g. extension of the aromatic / pseudo-graphitic nature), thus demonstrating a process capable of simultaneous control of nanostructure and surface / bulk chemistry. As an extension of this approach, carbonaceous tubular nanostructures with controlled surface functionality were synthesised by the nanocasting of uniform, linear macropores of an AAO template (~ 200 nm). In this example, material porosity could be controlled, showing increasingly microporous tube wall features as post carbonisation temperature increased. Additionally, by taking advantage of modifiable surface groups, the introduction of useful polymeric moieties (i.e. grafting of thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide)) was also demonstrated, potentially enabling application of these interesting tubular structures in the fields of biotechnology (e.g. enzyme immobilization) and medicine (e.g. as drug micro-containers). Complimentary to these hard templating routes, a combined HTC / soft templating route for the direct synthesis of ordered porous carbonaceous materials was also developed. After selection of structural directing agents and optimisation of synthesis composition, the F127 triblock copolymer (i.e. ethylene oxide (EO)106 propylene oxide (PO)70 ethylene oxide (EO)106) / D-Fructose system was extensively studied. D-Fructose was found to be a useful carbon precursor as the HTC process could be performed at 130 oC, thus allowing access to stable micellular phase. Thermolytic template removal from the synthesised ordered copolymer / carbon composite yielded functional cuboctahedron single crystalline-like particles (~ 5 μm) with well ordered pore structure of a near perfect cubic Im3m symmetry. N2 sorption analysis revealed a predominantly microporous carbonaceous material (i.e. Type I isotherm, SBET = 257 m2g-1, 79 % microporosity) possessing a pore size of ca. 0.9 nm. The addition of a simple pore swelling additive (e.g. trimethylbenzene (TMB)) to this system was found to direct pore size into the mesopore size domain (i.e. Type IV isotherm, SBET = 116 m2g-1, 60 % mesoporosity) generating pore size of ca. 4 nm. It is proposed that in both cases as HTC proceeds to generate a polyfuran-like network, the organised block copolymer micellular phase is essentially “templated”, either via hydrogen bonding between hydrophilic poly(EO) moiety and the carbohydrate or via hydrophobic interaction between hydrophobic poly(PO) moiety and forming polyfuran-like network, whilst the additive TMB presumably interact with poly(PO) moieties, thus swelling the hydrophobic region expanding the micelle template size further into the mesopore range.
N2  - Nanoporöse kohlenstoffbasierte Materialien sind in der Industrie als Adsorbentien und Katalysatorträger weit verbreitet und gewinnen im aufstrebenden Bereich der Energiespeicherung/erzeugung und für Trennverfahren an wachsender Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass die Kombination aus hydrothermaler Karbonisierung von Zuckern (HTC) mit Templatierungsstrategien einen effizienten Weg zu nanostrukturierten kohlenstoffbasierten Materialien darstellt. HTC ist ein in Wasser und bei niedrigen Temperaturen (130 - 200 °C) durchgeführter Karbonisierungsprozess, bei dem Zucker und deren Derivate einen einfachen Zugang zu hochfunktionalisierten Materialien erlauben. Obwohl diese sauerstoffhaltige Funktionalitäten auf der Oberfläche besitzen, an welche andere chemische Gruppen gebunden werden könnten, was die Verwendung für Trennverfahren und in der verzögerten Wirkstofffreisetzung ermöglichen sollte, ist die mittels HTC hergestellte Kohle für solche Anwendungen nicht porös genug. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, Methoden zu entwickeln, um wohldefinierte Poren in solchen Materialien zu erzeugen. Hierbei führte unter anderem der Einsatz von anorganischen formgebenden mesoporösen Silikapartikeln und makroporösen Aluminiumoxid-Membranen zum Erfolg. Durch Zugabe einer Kohlenstoffquelle (z. B. 2-Furfural), HTC und anschließender Entfernung des Templats konnten poröse kohlenstoffbasierte Partikel und röhrenförmige Nanostrukturen hergestellt werden. Gleichzeitig konnte durch eine zusätzliche Nachbehandlung bei hoher Temperatur (350-750 °C) auch noch die Oberflächenfunktionalität hin zu aromatischen Systemen verschoben werden. Analog zur Formgebung durch anorganische Template konnte mit sog. Soft-Templaten, z. B. PEO-PPO-PEO Blockcopolymeren, eine funktionelle poröse Struktur induziert werden. Hierbei machte man sich die Ausbildung geordneter Mizellen mit der Kohlenstoffquelle D-Fructose zu Nutze. Das erhaltene Material wies hochgeordnete Mikroporen mit einem Durchmesser von ca. 0,9 nm auf. Dieser konnte desweiteren durch Zugabe von Quell-Additiven (z. B. Trimethylbenzol) auf 4 nm in den mesoporösen Bereich vergrößert werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beide untersuchten Synthesewege nanostrukturierte kohlenstoffbasierte Materialien mit vielfältiger Oberflächenchemie liefern, und das mittels einer bei relativ niedriger Temperatur in Wasser ablaufenden Reaktion und einer billigen, nachhaltigen Kohlenstoffquelle. Die so hergestellten Produkte eröffnen vielseitige Anwendungsmöglichkeiten, z. B. zur Molekültrennung in der Flüssigchromatographie, in der Energiespeicherung als Anodenmaterial in Li-Ionen Akkus oder Superkondensatoren, oder als Trägermaterial für die gezielte Pharmakotherapie.
KW  - Nanostruktur
KW  - Kohlenstoff
KW  - Kohlenhydrate
KW  - Templating
KW  - hydrothermale Carbonisierung
KW  - Nanostructure
KW  - Carbon
KW  - Carbohydrate
KW  - Templating
KW  - Hydrothermal carbonisation
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-53157
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tan, Irene
T1  - Towards greener stationary phases : thermoresponsive and carbonaceous chromatographic supports
T1  - Zu grüner Separation : thermoresponsive und kohlenstoffhaltige chromatographische Trägermaterialien
N2  - Polymers which are sensitive towards external physical, chemical and electrical stimuli are termed as ‘intelligent materials’ and are widely used in medical and engineering applications. Presently, polymers which can undergo a physical change when heat is applied at a certain temperature (cloud point) in water are well-studied for this property in areas of separation chemistry, gene and drug delivery and as surface modifiers. One example of such a polymer is the poly (N-isopropylacrylamide) PNIPAAM, where it is dissolved well in water below 32 oC, while by increasing the temperature further leads to its precipitation. In this work, an alternative polymer poly (2-(2-methoxy ethoxy)ethyl methacrylate-co- oligo(ethylene glycol) methacrylate) (P(MEO2MA-co-OEGMA)) is studied due to its biocompatibility and the ability to vary its cloud points in water. When a layer of temperature responsive polymer was attached to a single continuous porous piece of silica-based material known as a monolith, the thermoresponsive characteristic was transferred to the column surfaces. The hybrid material was demonstrated to act as a simple temperature ‘switch’ in the separation of a mixture of five steroids under water. Different analytes were observed to be separated under varying column temperatures. Furthermore, more complex biochemical compounds such as proteins were also tested for separation. The importance of this work is attributed to separation processes utilizing environmentally friendly conditions, since harsh chemical environments conventionally used to resolve biocompounds could cause their biological activities to be rendered inactive.
N2  - Polymere, welche empfindlich gegenüber externen physikalischen, chemischen und elektrischen Einflüssen sind, werden „intelligente Materialien“ genannt. Diese werden weitverbreitet in medizinischen und technischen Anwendungen eingesetzt. Auf diesem Gebiet ausführlich erforschte Materialien sind Polymere, welche durch Hitze bei einer bestimmten Temperatur (Trübungspunkt) eine physikalische Veränderung eingehen können, genannt thermoresponsive Polymere. Eingesetzt werden diese z.B. in chromatographischen Trennverfahren, in Gen- und Wirkstofftransport Vorgängen und zur Oberflächenmodifikation. Ein Beispiel für so ein Polymer ist das poly(N-isopropylacrylamide) PNIPAAM, welches unter 32 °C in Wasser gelöst vorliegt und mit Erhöhung der Temperatur als Niederschlag ausfällt. In dieser Arbeit wurde ein alternatives Polymer, das poly(2-(2-methoxyethoxy)ethylmethacrylate-co-oligo(ethyleneglycol) methacrylate) (P(MEO2MA-co-OEGMA)), untersucht, in Bezug auf Biokompatibilität und der Änderung des Trübungspunktes in Wasser. Wenn eine Schicht eines temperaturempfindlichen Polymers auf einen Monolithen (einteiliger, poröser und auf Silika-basierendes Material) aufgebracht wird, werden die thermoresponsiven Eigenschaften auf die Oberfläche dieses Monolithen übertragen. Der Monolith dient hier als Säule in einer HPLC-Anlage. Es wurde gezeigt, dass das Hybrid-Material als einfacher „Temperaturschalter“ in der Trennung von fünf verschiedenen Steroiden in Wasser agieren kann. Untersucht wurde die Separation verschiedener Analyten mit dem Variieren der Säulentemperatur. Zusätzlich wurden mehr komplexe biochemische Stoffe, wie Proteine, getestet. Die Bedeutung dieser Arbeit ist zurückzuführen auf Separationsprozesse, welche umweltfreundlichen Bedingungen nutzen, da die rauen chemischen Bedingungen in konventionellen Separationsprozessen die biologische Inaktivität der Verbindungen zur Folge haben können. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der Entwicklung eines alternativen Trägermaterials als Ersatz zu den Silika-basierende Trennungssäulen. Kohlenstoffmaterialien sind aufgrund ihrer ausgezeichneten mechanischen Härte und chemischen Stabilität eine vielversprechend Alternative. Die Synthese von Kohlenstoffkugeln als Trägermaterial kann als „grüner“ Prozess in meiner Arbeit angesehen werden, da milde Synthesebedingungen in purem Wasser verwendet wurden. Die Leistungsfähigkeit des Materials wurde mit einer Serie von Separationsreaktionen gezeigt.
KW  - thermoresponsive
KW  - poly(N-isopropylacrylamide)
KW  - oligo(ethyleneglycol)
KW  - Monolith
KW  - Chromatographie
KW  - thermoresponsive
KW  - poly(N-isopropyl acrylamide)
KW  - oligo(ethylene glycol)
KW  - monolith
KW  - chromatography
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-53130
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schumacher, Soeren
T1  - Saccharide recognition : boronic acids as receptors in polymeric networks
T1  - Zuckererkennung in polymeren Netzwerken mittels Boronsäuren als Rezeptoren
N2  - In this thesis entitled “Saccharide Recognition - Boronic acids as Receptors in Polymeric Networks” different aspects of boronic acid synthesis, their analysis and incorporation or attachment to different polymeric networks and characterisation thereof were investigated. The following key aspects were considered: • Provision of a variety of different characterised arylboronic acids and benzoboroxoles • Attachment of certain derivatives to nanoparticles and the characterisation of saccharide binding by means of isothermal titration calorimetry and displacement assay (ARS) to enhance the association constant to saccharides at pH 7.4 • Enhancement of selectivity in polymeric systems by means of molecular imprinting using fructose as template and a polymerisable benzoboroxole as functional monomer for the recognition at pH 7.4 (Joined by a diploma thesis of F. Grüneberger) • Development of biomimetic saccharide structures and the development of saccharide (especially glucose and fructose) binding MIPs by using these structures as template molecules. In the first part of the thesis different arylboronic acid derivatives were synthesised and their binding to glucose or fructose was investigated by means of isothermal titration calorimetry (ITC). It could be derived, which is in parallel to the literature, that derivatives bearing a methylhydroxyl-group in ortho-position to the boron (benzoboroxole) exhibit in most cases a two-fold higher association constant compared to the corresponding phenylboronic acid derivative. To gain a deeper understanding NMR spectroscopy and mass spectrometry with the benzoboroxole and glucose or fructose was performed. It could be shown that the exchange rate in terms of NMR time scale is quite slow since in titration experiments new peaks appeared. Via mass spectrometry of a mixture between benzoboroxole and glucose or fructose, different binding stoichiometries could be detected showing that the binding of saccharides is comparable with their binding to phenylboronic acid. In addition, the use of Alizarin Red S as an electrochemical reporter was described for the first time to monitor the saccharide binding to arylboronic acids not only with spectroscopy. Here, the redox behaviour and the displacement were recorded by cyclic voltammograms. In the second part different applications of boronic acids in polymeric networks were investigated. The attachment of benzoboroxoles to nanoparticles was investigated and monitored by means of isothermal titration calorimetry and a colourimetric assay with Alizarin Red S as the report dye. The investigations by isothermal titration calorimetry compared the fructose binding of arylboronic acids and benzoboroxoles coupled to these nanoparticles and “free” in solution. It could be shown that the attached derivatives showed a higher binding constant due to an increasing entropy term. This states for possible multivalent binding combined with a higher water release. Since ITC could not characterise the binding of glucose to these nanoparticles due to experimental restrictions the glucose binding at pH 7.4 was shown with ARS. Here, the displacement of ARS by fructose and also glucose could be followed and consequently these nanoparticles can be used for saccharide determination. Within this investigation also the temperature stability of these nanoparticles was examined and after normal sterilisation procedures (121°C, 20 min.) the binding behaviour was still unchanged. To target the selectivity of the used polymeric networks, molecular imprinting was used as a technique for creating artificial binding pockets on a molecular scale. As functional monomer 3-methacrylamidobenzoboroxole was introduced for the recognition of fructose. In comparison to polymers prepared with vinylphenylboronic acid the benzoboroxole containing polymer had a stronger binding at pH 7.4 which was shown for the first time. In addition, another imprinted polymer was synthesised especially for the recognition of glucose and fructose employing biomimetic saccharide analogues as template molecule. The advantage to use the saccharide analogues is the defined template-functional monomer complex during the polymerisation which is not the case, for example, for glucose-boronic acid interaction. The biomimetic character was proven through structural superimposition of crystal structures of the analogues with already described crystal structures of boronic acid esters of glucose and fructose. A molecularly imprinted polymer was synthesised with vinylphenylboronic acid as the functional monomer to show that both glucose and fructose are able to bind to the polymer which was predicted by the structural similarity of the analogues. The major scientific contributions of this thesis are • the determination of binding constants for some, not yet reported saccharide – boronic acid / benzoboroxole pairs, • the use of ARS as electrochemical reporter for saccharide detection, • the thermodynamic characterisation of a saccharide binding nanoparticle system containing benzoboroxole and functioning at pH 7.4, • the use of a polymerisable benzoboroxole as functional monomer for saccharide recognition in neutral, aqueous environments • and the synthesis and utilisation of biomimetic saccharide analogues as template molecules especially for the development of a glucose binding MIP.
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Synthese verschiedener Boronsäurederivate und deren Charakterisierung und Anbindung oder Einbau in polymeren Netzwerken. Die synthetisierten Polymere werden charakterisiert bezüglich ihrer Morphologie und besonders hinsichtlich ihrer Saccharidbindung. Im Wesentlichen wurden die folgenden Aspekte bearbeitet: • Bereitstellung einer Reihe von verschiedenen Arylboronsäuren und Benzoboroxolderivaten • Modifizierung von Nanopartikeln mit verschiedenen Derivaten aus der Bibliothek mit dem Ziel die Bindingkonstanten zu Monosacchariden bei pH 7.4. zu erhöhen. Dabei werden isothermale Titrationskalorimetrie und ein spektroskopischer Verdrängungsassay (Alizarin Rot S) zum Bindungsnachweis verwendet. • Erhöhung der Selektivität von Polymeren mittels molekularen Prägens von Fruktose als Matrizenmolekül. Durch den Einsatz eines polymerisierbaren Benzoboroxolderivatives konnte die Anbindung bei pH 7.4 stattfinden (Dieser Teil der Arbeit wurde durch eine Diplomarbeit von F. Grüneberger unterstützt). • Entwicklung von biomimetischen saccharidanalogen Strukturen, die als Matrizenmoleküle während des molekularen Prägens eingesetzt werden, um ein Polymer für die Anbindung von Monosacchariden wie etwa Fruktose oder Glukose zu generieren. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Synthese und Charakterisierung von verschiedenen Boronsäurederivaten beschrieben. Die Charakterisierung der Bindungskonstanten wurde mittels isothermaler Titrationskalorimetrie durchgeführt. Dabei konnte im Einklang mit der Literatur gezeigt werden, dass Derivative, die zusätzlich mit einer Methylhydroxygruppe in ortho-Position zum Bor (Benzoboroxol) derivatisiert sind, eine meist zweifach höhere Bindungskonstante als gleich substituierte Arylboronsäurederivate aufweisen. Durch 1H-NMR-Spektroskopie und Massenspektrometrie mit Benzoboroxol und Glukose oder Fruktose konnten die Bindung weiter charakterisiert werden. Dabei zeigten die Ergebnisse der 1H-NMR-Spektroskopie, dass die Bindung bezogen auf NMR-Zeitskalen recht langsam stattfindet, da es zu einer Verbreiterung der Peaks kommt. Die Ergebnisse der Massenspektrometrie zeigen, dass hinsichtlich der Stöchiometrie der Binding verschiedene Komplexe möglich sind, was in ähnlicher Weise für Phenylboronsäure schon gezeigt wurde. Zusätzlich wurde in diesem Teil der Arbeit wurde die Elektrochemie von Alizarin Rot S untersucht, um den Farbstoff, der spektroskopisch schon für den Bindungsnachweis zwischen einem Boronsäurederivat und verschiedenen Zuckern beschrieben ist, auch elektrochemisch zu nutzen. Im zweiten Teil der Arbeit wurden verschiedene Anwendungen von den charakterisierten Boronsäuren in polymeren Netzwerken beschrieben. Dabei wurde zunächst ein Polystyrollatex mit Benzoboroxol modifiziert und die Bindung von Glukose oder Fruktose mittels isothermaler Titrationskalorimetrie und einem spektroskopischen Farbassay untersucht. Die Untersuchungen mittels isothermaler Titrationskalorimetrie (ITC) wurden vergleichend zu frei in Lösung befindlichem Benzoboroxol durchgeführt. Es wurde eine höhere Bindungskonstante für die modifizierten Nanopartikel ermittelt, was auf die Erhöhung der Entropie im System zurückzuführen ist. Dies kann durch eine mutivalente Bindung und einer einhergehenden erhöhten Wasserfreisetzung erklärt werden. Da es nicht möglich war, die Glukosebindung mittels ITC zu verfolgen, wurde zusätzlich ein spektroskopischer Assay bei pH 7.4. durchgeführt. Bei diesem wird die Bindung von Fruktose oder Glukose durch Freisetzung von Alizarin Rot S verfolgt. In diesem Zusammenhang konnte auch gezeigt werden, dass die Nanopartikel nach Sterilisation bei 121°C für 20 Minuten eine vergleichbare Bindung des Farbstoffes zeigen, was die Temperaturstabilität der Partikel unterstreicht. Da in diesem System die Bindung von Zuckern abhängig von der Affinität der Zucker zu den Boronsäuren bestimmt wird, wurden molekular geprägte Polymere synthetisiert, die eine Selektivität für bestimmte Zucker zeigen. Als Funktionsmonomer wurde 3-Methacrylamidobenzboroxol verwendet. Im Vergleich zu Polymeren, die mit 3-Vinylphenylboronsäure als literaturbekanntes Funktionsmonomer synthetisiert worden sind, zeigt sich bei pH 7.4 eine höhere Bindung von Fruktose an Benzoboroxolpolymere. In einem anderen geprägten Polymer wurden biomimetische (zuckeranaloge) Substanzen als Matrizenmolekül verwendet. Der Vorteil dieser Substanz ist die Bildung eines definierten Boronsäureesters, der als Templat-Funktionsmonomerkomplexes einpolymerisiert wird. Im Gegensatz dazu weist beispielsweise ein Boronsäureester der Glukose keine definierte Struktur auf. Der biomimetische Charakter wurde durch strukturelle Überlagerung mit schon publizierten Kristallstrukturen von Boronsäureestern von Glukose und Fruktose gezeigt. Das zugehörige molekular geprägte Polymer wurde mit Vinylphenylboronsäure synthetisiert und zeigt eine Bindung von Glukose und Fruktose, was durch die Strukturüberlagerungen vorhergesagt wurde. Zusammenfassend sind die wesentlichen wissenschaftlichen Ergebnisse: • Bindungskostanten von neuen Zucker-Benzoboroxolpaaren, • Eignung von ARS als elektrochemische Nachweissubstanz der Saccharidbindung • Die thermodynamische Charakterisierung der Bindung von Fruktose oder Glukose an Nanopartikel, die Benzoboroxol - modifziert sind und so bei pH 7.4 Zucker binden können • Einsatz von Benzoboroxol als Funktionsmonomer • die Synthese und Nutzung von biomimetischen zuckeranalogen Matrizenmolekülen für die Entwicklung von molekular geprägten Polymeren für die Glukosebindung.
KW  - Zuckererkennung
KW  - Glucose
KW  - physiolgischer pH
KW  - Boronsäure
KW  - Benzoboroxol
KW  - Saccharide Recognition
KW  - Glucose
KW  - physiological pH
KW  - boronic acid
KW  - benzoboroxole
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52869
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kopetzki, Daniel
T1  - Exploring hydrothermal reactions : from prebiotic synthesis to green chemistry
T1  - Hydrothermalreaktionen : von präbiotischer Synthese zu nachhaltiger Chemie
N2  - In this thesis chemical reactions under hydrothermal conditions were explored, whereby emphasis was put on green chemistry. Water at high temperature and pressure acts as a benign solvent. Motivation to work under hydrothermal conditions was well-founded in the tunability of physicochemical properties with temperature, e.g. of dielectric constant, density or ion product, which often resulted in surprising reactivity. Another cornerstone was the implementation of the principles of green chemistry. Besides the use of water as solvent, this included the employment of a sustainable feedstock and the sensible use of resources by minimizing waste and harmful intermediates and additives. To evaluate the feasibility of hydrothermal conditions for chemical synthesis, exemplary reactions were performed. These were carried out in a continuous flow reactor, allowing for precise control of reaction conditions and kinetics measurements. In most experiments a temperature of 200 °C in combination with a pressure of 100 bar was chosen. In some cases the temperature was even raised to 300 °C. Water in this subcritical range can also be found in nature at hydrothermal vents on the ocean floor. On the primitive earth, environments with such conditions were however present in larger numbers. Therefore we tested whether biologically important carbohydrates could be formed at high temperature from the simple, probably prebiotic precursor formaldehyde. Indeed, this formose reaction could be carried out successfully, although the yield was lower compared to the counterpart reaction under ambient conditions. However, striking differences regarding selectivity and necessary catalysts were observed. At moderate temperatures bases and catalytically active cations like Ca2+ are necessary and the main products are hexoses and pentoses, which accumulate due to their higher stability. In contrast, in high-temperature water no catalyst was necessary but a slightly alkaline solution was sufficient. Hexoses were only formed in negligible amounts, whereas pentoses and the shorter carbohydrates accounted for the major fraction. Amongst the pentoses there was some preference for the formation of ribose. Even deoxy sugars could be detected in traces. The observation that catalysts can be avoided was successfully transferred to another reaction. In a green chemistry approach platform chemicals must be produced from sustainable resources. Carbohydrates can for instance be employed as a basis. They can be transformed to levulinic acid and formic acid, which can both react via a transfer hydrogenation to the green solvent and biofuel gamma-valerolactone. This second reaction usually requires catalysis by Ru or Pd, which are neither sustainable nor low-priced. Under hydrothermal conditions these heavy metals could be avoided and replaced by cheap salts, taking advantage of the temperature dependence of the acid dissociation constant. Simple sulfate was recognized as a temperature switchable base. With this additive high yield could be achieved by simultaneous prevention of waste. In contrast to conventional bases, which create salt upon neutralization, a temperature switchable base becomes neutral again when cooled down and thus can be reused. This adds another sustainable feature to the high atom economy of the presented hydrothermal synthesis. In a last study complex decomposition pathways of biomass were investigated. Gas chromatography in conjunction with mass spectroscopy has proven to be a powerful tool for the identification of unknowns. It was observed that several acids were formed when carbohydrates were treated with bases at high temperature. This procedure was also applied to digest wood. Afterwards it was possible to fermentate the solution and a good yield of methane was obtained. This has to be regarded in the light of the fact that wood practically cannot be used as a feedstock in a biogas factory. Thus the hydrothermal pretreatment is an efficient means to employ such materials as well. Also the reaction network of the hydrothermal decomposition of glycine was investigated using isotope-labeled compounds as comparison for the unambiguous identification of unknowns. This refined analysis allowed the identification of several new molecules and pathways, not yet described in literature. In summary several advantages could be taken from synthesis in high-temperature water. Many catalysts, absolutely necessary under ambient conditions, could either be completely avoided or replaced by cheap, sustainable alternatives. In this respect water is not only a green solvent, but helps to prevent waste and preserves resources.
N2  - In dieser Arbeit wurden chemische Reaktionen unter Hydrothermalbedingungen untersucht. Darunter versteht man Wasser als Reaktionsmedium, welches eine Temperatur über 100 °C aufweist. Der flüssige Zustand wird dabei durch erhöhten Druck aufrecht erhalten. Typischerweise wurden die Reaktionen bei 200 °C und einem Druck von 100 bar durchgeführt, also dem 100-fachen des Normaldrucks. Dieses System kann man auch mit einem Dampfdrucktopf vergleichen, wobei durch die erhöhten Temperaturen chemische Reaktionen sehr schnell ablaufen und überraschende Reaktivität auftritt. Die Motivation, Wasser als Lösemittel zu benutzen, ist auch in seiner Umweltfreundlichkeit gegenüber klassischen organischen Lösemitteln begründet. Da solche Hydrothermalbedingungen auf der frühen Erde häufiger anzutreffen waren, wurde untersucht, ob wichtige Biomoleküle bei solch hoher Temperatur gebildet werden können. In der Tat konnten Zucker aus der sehr einfachen Verbindung Formaldehyd synthetisiert werden. Hierzu war lediglich eine leicht basische Lösung nötig und keine der bei moderaten Temperaturen essentiellen Katalysatoren. Zucker stellen zudem den größten Teil der pflanzlichen Biomasse dar und können daher als Grundlage für eine nachhaltige Chemie dienen. Sie können relativ einfach zu Lävulin- und Ameisensäure umgesetzt werden. Aus diesen wiederum kann die wichtige Basischemikalie gamma-Valerolacton hergestellt werden. Der Schlüsselschritt, die Reduktion von Lävulinsäure, erforderte bisher die Zuhilfenahme seltener Edelmetalle wie Ruthenium. Es konnte nun gezeigt werden, dass unter Hydrothermalbedingungen diese Rolle von einfachen Salzen, z. B. Natriumsulfat, übernommen werden kann. Hierbei macht man sich zunutze, dass sie nur bei hoher Temperatur basisch wirken, nicht aber wenn die Lösung wieder abgekühlt ist. Neben Kohlenhydraten besteht Biomasse auch aus Aminosäuren, von denen Glycin die einfachste darstellt. Unter Abspaltung von CO2 können aus ihnen synthetisch wichtige Amine hergestellt werden. Diese Reaktion findet unter Hydrothermalbedingungen statt, daneben treten jedoch noch andere Produkte auf. Unbekannte Verbindungen wurden mittels Massenspektroskopie identifiziert, wobei die Masse des Moleküls und bestimmter Molekülfragmente bestimmt wurde. Dies erlaubte es, bisher noch unbekannte Reaktionswege aufzuklären. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Wasser unter Hydrothermalbedingungen eine interessante Alternative zu organischen Lösemitteln darstellt. Desweiteren können bestimmte Katalysatoren, die bei moderaten Temperaturen nötig sind, entweder vollständig eingespart oder ersetzt werden. In dieser Hinsicht ist Wasser nicht nur ein umweltfreundliches Lösemittel, sondern trägt dazu bei, Abfall zu vermeiden und Ressourcen zu schonen.
KW  - hydrothermal
KW  - Formose
KW  - Valerolacton
KW  - Lävulinsäure
KW  - hydrothermal
KW  - formose
KW  - valerolactone
KW  - levulinic acid
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52581
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jiang, Yuan
T1  - Precursor phases in non-classical crystallization
N2  - The main objective of this thesis is to understand molecular crystallization as a multistep process with or without polymeric additives, including transient liquid-liquid phase separation, nanocrystal nucleation within the dense phase, and subsequent nanocrystal self-assembly or self-organization in sequence. The thesis starts with a quaternary model system, containing DL-Glutamic acid (Glu), polyethyleneimine (PEI), water, and EtOH, for the understanding of multistep precipitation of Glu with PEI as an additive. The experiments were performed by mixing Glu-PEI aqueous solution with a non-solvent EtOH. First, the phase diagram of the quaternary system is determined, obtaining precipitate, coacervates, or homogeneous mixtures by varying Glu/PEI w/w and water/EtOH v/v. Coacervation is observed to occur over a wide range of Glu/PEI with various volumes. The composition of coacervates is conveniently characterized by nuclear magnetic resonance spectroscopy. The observed coacervates are thermodynamically stable phases rich in solute, which is different from metastable polymer-induced liquid precursors. The combination of atomic force microscopy, small angle scattering, and ξ-potential measurements confirms the coexistence of monomers and Glu/PEI complexes and the aggregation of complexes in Glu-PEI-water systems. This suggests that there might be a direct structural transformation between the Glu-PEI complexes in aqueous solution and the metastable liquid precursors in a water-EtOH mixture. The multistep mechanism of Glu precipitation with PEI as an additive is investigated thereafter. The combination of stopped flow and small angle scattering demonstrates that the initially formed liquid precursors pass through an alteration of growth and coalescence. Combined with results from optical microscopy and scanning electron microscopy, the nucleation of nanoplatelets happens within each liquid precursor droplet, and nanoplatelets reorient themselves and self-organize into a radial orientation in the crystalline microspheres. The recipe was then extended to the precipitation of organics in other oppositely charged amino acid-polyelectrolyte systems. After the success in preparing hierarchical microspheres in solution, the similar recipe can be extended to the preparation of patterned thin films on substrate. By dipping a quaternary DL-Lys·HCl (Lys)–polyacrylic acid (PAA)–water–EtOH dispersion on a hydrophilic slide, the fast evaporation process of the volatile solvent EtOH is responsible for the homogeneous nucleation of NPs. Then, the following complete evaporation causes the mesocrystallization of a continuous spherulitic thin film along the receding line of the liquid, which again transforms into a mesocrystalline thin film. Furthermore, annealing is used to optimize the property of mesocrystalline thin films. As evaporation is a non-equilibrium process, it can be used to tune the kinetics of crystallization. Therefore, hierarchical or periodical thin films are obtainable by starting the evaporation from microspheres recrystallization, obtaining mesocrystalline thin films with 4 hierarchy levels. The results reveal that evaporation provides an easy but effective way for the formation of patterned structures via the positioning of NPs after their fast nucleation, resulting in different kinds of patterns by controlling the concentration of NPs, solvent evaporation rate, and other physical forces. Non-classical crystallization is not limited to crystallizations with polymeric additives. We also observed the nucleation and growth of a new molecular layer on the growing DL-Glu·H2O crystals from a supersaturated mother liquor by using an in-situ atomic force microscopy (AFM), where the nucleation and growth of a molecular layer proceed via amorphous nanoparticle (NP) attachment and relaxation process before the observation of the growth of a newly formed molecular layer. NP attachment to the crystal surface is too fast to observe by using in-situ AFM. The height shrinkage of NPs, combined to the structural transformation from 3D amorphous NPs to 2D crystalline layer, is observed during the relaxation process. The nucleation and growth of a newly formed molecular layer from NP relaxation is contradictory to the classical nucleation theory, which hypothesizes that nuclei show the same crystallographic properties as a bulk crystal. The formation of a molecular layer by NP attachment and relaxation rather than attachment of single molecules provides a different picture from the currently held classical nucleation and growth theory regarding the growth of single crystals from solution.
N2  - Das Hauptziel dieser Arbeit ist das Verständnis der molekularen Kristallisation, sowohl mit als auch ohne polymere Additive, als einen mehrstufigen Prozess. Dieser beinhaltet eine transiente flüssig-flüssig Phasentrennung, die Nukleation von Nanokristallen in der dichten flüssigen Precursor-Phase so wie eine anschließende nanokristalline Selbstorganisation. Die Arbeit beginnt mit Untersuchungen an einem quaternären Modelsystem bestehend aus DL-Glutamat (Glu), Polyethylenimin (PEI), Wasser und Ethanol. Das Phasendiagramm dieses quaternären Systems wird durch Variation der Glu/PEI w/w und Wasser/EtOH v/v Verhältnisse bestimmt, wobei Präzpitat aus polymerinduzierten flüssigen Precursor, Koazervate oder homogene Mischungen erhalten werden Das thermodynamisch stabile Koazervat kann als Referenz für das Verständnis von flüssigen Precursorn angesehen werden, welche in der Natur metastabil und transient sind. Der mehrstufige Mechanismus der Glu-Präzipitation mit PEI als Additiv wird dann mittels Neutronen Kleinwinkelstreuung untersucht. Dies zeigt, dass die ursprünglich gebildeten flüssigen Precursor noch vor der Nukleation von Nanokristallen einen Wechsel von Wachstum und Koaleszenz durchlaufen. Die Ergebnisse aus optischer- und Eletronenmikroskopie zeigen, dass sowohl die flüssigen Precursor Superstrukturen ausbilden als auch, dass die Nukleation von Nanoplättchen in jedem einzelnen Precursor Tropfen von statten geht. Dies geschieht noch bevor sich die Nanoplättchen selbst in einer radialen Orientierung ausrichten. Diese Studie liefert die Kinetik der Präzipitation von organischen Stoffen in Gegenwart von polymeren Additiven. Eine ähnliche Vorgehensweise wie für die Herstellung von Mikrokügelchen kann für die Darstellung von gemusterten Filmen angewandt werden. Die homogene Nukleation von Nanopartikeln (NPs) findet während der Verdampfung einer quarternären DL-Lys·HCl-Polyacrylsäure-Wasser-Ethanol Dispersion auf einer hydrophilen Oberfläche statt. Die darauffolgende vollständige Verdampfung löst die Mesokristallisation eines kontinuierlichen sphärolithischen dünnen Films aus, welcher sich wiederum in einen mesokristallinen dünnen Film umwandelt. Mesokristalline Filme mit 4 Hierarchiestufen bzw. auch periodische Filme werden durch die Verdampfung der Mikrokügelchen-Dispersion erhalten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verdampfung eine einfache aber effektive Methode zur Herstellung von verschieden gemusterten hierarchischen Filmen darstellt. Nicht-klassische Kristallisation wird auch in der Abwesenheit von polymeren Additiven beobachtet. Wir verfolgen mittels Rasterkraftmikroskop (AFM) die Nukleation und das Wachstum einer neuen molekularen Schicht auf wachsenden DL-Glu·H2O Kristallen aus übersättigter Mutterlauge. Die Bildung einer neuen molekularen Schicht verläuft durch die Anlagerung von amorphen Nanopartikeln. Das Schrumpfen der NPs zusammen mit der strukturellen Änderung von dreidimensionalen NPs zu 2D Schichten wird während dieses Relaxationsprozesses beobachtet. Schließlich kommt es zu der Ausbildung einer neuen molekularen Schicht. Die Bildung einer molekularen Schicht durch die Anlagerung von Nanopartikeln aus der Lösung und die darauffolgende Relaxation liefert ein abweichendes Bild zu der bisher gängigen klassischen Theorie des Kristallwachstums.
T2  - Vorstufenphasen in nichtklassischer Kristallisation
KW  - Mesokristall
KW  - Vorstufe
KW  - Kristallisation
KW  - mesocrystal
KW  - precursor
KW  - crystallization
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52460
ER  - 
TY  - THES
A1  - Geßner, André
T1  - Neuartige Lanthanoid-dotierte mikro- und mesoporöse Feststoffe : Charakterisierung von Ion-Wirt-Wechselwirkungen, Speziesverteilung und Lumineszenzeigenschaften mittels zeitaufgelöster Lumineszenzspektroskopie
T1  - Novel lanthanide doped micro- and mesoporous solids : characterization of ion-host-interactions, species distribution and luminescence properties using time-resolved luminescence spectroscopy
N2  - Poröse Sol-Gel-Materialien finden in vielen Bereichen Anwendung bzw. sind Gegenstand der aktuellen Forschung. Zu diesen Bereichen zählen sowohl klassische Anwendungen, wie z. B. die Verwendung als Katalysator, Molekularsieb oder Trockenmittel, als auch nichtklassische Anwendungen, wie z. B. der Einsatz als Kontrastmittel in der Magnet-Resonanz-Tomographie oder in Form von dünnen Zeolithfilmen als Isolatoren in Mikrochips. Auch für den Einsatz in der Photonik werden poröse Materialien in Betracht gezogen, wie die Entwicklung des Zeolith-Farbstoff-Lasers zeigt. Mikroporöse Zeolithe können generell über einfache Ionenaustauschreaktionen mit Lanthanoidionen in lumineszente Materialien umgewandelt werden. Neben der Erzeugung eines lumineszenten Materials, dessen Lumineszenzeigenschaften charakterisiert werden müssen, bietet die Nutzung von Lanthanoidionen die Möglichkeit diese Ionen als Sonde zur Charakterisierung der Ion-Wirt-Wechselwirkungen zu funktionalisieren, was z. B. in Bezug auf die Anwendung als Katalysator von großer Bedeutung ist. Dabei werden die einzigartigen Lumineszenzeigenschaften der Lanthanoidionen, in diesem Fall von Europium(III) und Terbium(III), genutzt. In dieser Arbeit wurden Lanthanoid-dotierte mikroporöse Zeolithe, mikroporös-mesoporöse Hybridmaterialien und mesoporöse Silikate hinsichtlich ihrer Lumineszenzeigenschaften und ihrer Wechselwirkung des Wirtsmaterials mit den Lanthanoidionen mittels zeitaufgelöster Lumineszenzspektroskopie untersucht. Zeitaufgelöste Emissionsspektren (TRES) liefern dabei sowohl Informationen in der Wellenlängen- als auch in der Zeitdomäne. Erstmalig wurden die TRES mittels einer umfangreichen Auswertemethodik behandelt. Neben der Anpassung des Abklingverhaltens mit einer diskreten Zahl von Exponentialfunktionen, wurden unterstützend auch Abklingzeitverteilungsanalysen durchgeführt. Zeitaufgelöste flächennormierte Emissionsspektren (TRANES), eine Erweiterung der normalen TRES, konnten erstmals zur Bestimmung der Zahl der emittierenden Lanthanoidspezies in porösen Materialien genutzt werden. Durch die Berechnung der Decayassoziierten Spektren (DAS) konnten den Lanthanoidspezies die entsprechenden Lumineszenzspektren zugeordnet werden. Zusätzlich konnte, speziell im Fall der Europium-Lumineszenz, durch Kombination von zeitlicher und spektraler Information das zeitabhängige Asymmetrieverhältnis R und die spektrale Evolution des 5D0-7F0-Übergangs mit der Zeit t untersucht und somit wesentliche Informationen über die Verteilung der Europiumionen im Wirtsmaterial erhalten werden. Über die Abklingzeit und das Asymmetrieverhältnis R konnten Rückschlüsse auf die Zahl der OH-Oszillatoren in der ersten Koordinationssphäre und die Symmetrie der Koordinationsumgebung gezogen werden. Für die mikroporösen und mikroporös-mesoporösen Materialien wurden verschiedene Lanthanoidspezies, im Regelfall zwei, gefunden, welche entsprechend der beschriebenen Methoden charakterisiert wurden. Diese Lanthanoidspezies konnten Positionen in den Materialien zugeordnet werden, die sich im tief Inneren des Porensystems oder auf bzw. nahe der äußeren Oberfläche oder in den Mesoporen befinden. Erstere Spezies ist aufgrund ihrer Position im Material gut vor Feuchtigkeitseinflüssen geschützt, was sich deutlich in entsprechend langen Lumineszenzabklingzeiten äußert. Zusätzlich ist diese Europiumspezies durch unsymmetrische Koordinationsumgebung charakterisiert, was auf einen signifikanten Anteil an Koordination der Lanthanoidionen durch die Sauerstoffatome im Wirtsgitter zurückzuführen ist. Ionen, die sich nahe oder auf der äußeren Oberfläche befinden, sind dagegen für Feuchtigkeit zugänglicher, was in kürzeren Lumineszenzabklingzeiten und einer symmetrischeren Koordinationsumgebung resultiert. Der Anteil von Wassermolekülen in der ersten Koordinationssphäre ist hier deutlich größer, als bei den Ionen, die sich tiefer im Porensystem befinden und entspricht in vielen Fällen der Koordinationszahl eines vollständig hydratisierten Lanthanoidions. Auch der Einfluss von Oberflächenmodifikationen auf die Speziesverteilung und das Verhalten der Materialien gegenüber Feuchtigkeit wurde untersucht. Dabei gelang es den Einfluss der Feuchtigkeit auf die Lumineszenzeigenschaften und die Speziesverteilung durch die Oberflächenmodifikation zu verringern und die Lumineszenzeigenschaften teilweise zu konservieren. Im Fall der mesoporösen Silikamonolithe wurde auch eine heterogene Verteilung der Lanthanoidionen im Porensystem gefunden. Hier wechselwirkt ein Teil der Ionen mit der Porenwand, während sich die restlichen Ionen in der wäßrigen Phase innerhalb des Porensystems aufhalten. Das Aufbringen von Oberflächenmodifikationen führte zu einer Wechselwirkung der Ionen mit diesen Oberflächenmodifikationen, was sich in Abhängigkeit von der Oberflächenbeladung in den enstprechenden Lumineszenzeigenschaften niederschlug.
N2  - Porous sol-gel materials are suitable for many applications and subject to ongoing research activities. This includes classical applications, e.g. as catalyst, molecular sieve or drying agent, as well as non-classical applications, e.g. as contrast agent in magnetic resonance tomography or in the form of thin zeolite films as isolators in microchips. The interest in porous materials also covers photonic applications as shown by the development of the zeolite-dye-microlaser. Zeolites, which belong to the subfamily of microporous materials, can be converted into luminescent materials using simple ion-exchange procedures. In addition to the creation of a luminescent material, which luminescence properties have to be characterized, the incorporation of lanthanide ions offers the possibility to use these ions as a luminescent probe for the characterization of the ion-host interactions. This is particularly interesting concerning the application of porous materials as catalysts. Therefor, the unique luminescence properties of the lanthanide ions europium(III) and terbium(III) are used. In this work lanthanide-doped microporous zeolites, microporous-mesoporous hybrid materials and mesoporous silicates were investigeted regarding their luminescence properties and the ion-host-interactions using time-resolved luminescence spectroscopy. Thereby, time-resolved emission spectra (TRES) provide information in the wavelength and time domain. For the analysis of the TRES a broad set of analytic methods was applied and thus a corresponding “toolbox“ developed. Fitting of the luminescence decays was performed with a discrete number of exponentials and supported by luminescence decay times distributions. Time-resolved area normalized emission spectra (TRANES), an advancement of TRES, could be used for the determination of the number of emissive lanthanide species in porous materials for the first time. Calculation of the decay-associated spectra (DAS) allowed the correlation of spectral information with luminescence decay times and thus delivered the luminescence spectra of the different europium species. For europium(III) we could use in addition the time-dependent asymmetry ratio and spectral evolution of the 5D0-7F0-transition with time to obtain further information about the distribution of the lanthanide ions in the host material. Luminescence decay times and spectra allowed conclusions on the number of OH-oscillators in and the symmetry of the first coordination sphere. For the microporous and microporous-mesoporous materials were found different lanthanide species, which were characterized by the above mentioned methods. These lanthanide species can be found on different positions in the host material. One position is located deep in the pore system. Here, lanthanide ions are hardly accessible for water and mainly coordinated by framework oxygens. This results in long luminescence decay times and distorted coordination spheres. The second position can be found near or on the outer surface or in the mesopores. Lanthanide ions located here, are easily accessible for water and thus show shorter luminescence decay times and a more symmetrical coordination sphere, which is mostly made up by water molecules. Another investigated aspect was the influence of surface modifications on the luminescence behavior of the lanthanide ions inside the material. Here we could show, that surface modifications hydrophobize the material and thus are able to protect the lanthanide ions from water, which is important for the conservation of the luminescence properties. Concerning the mesoporous silicates, again a heterogeneous distribution of the lanthanide ions in the pore system was found. A part of the lanthanide ions interacts with the pore wall, while the other part is located in the aqueous phase inside the pores. Surface modification led to a interaction of the lanthanide ions with the modification. This was reflected in the luminescence properties depending on the structure of the modification and the surface loading.
KW  - Lanthanoide
KW  - Lumineszenz
KW  - Zeolithe
KW  - TRES
KW  - TRANES
KW  - Lanthanides
KW  - Luminescence
KW  - Zeolites
KW  - TRES
KW  - TRANES
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52371
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TY  - THES
A1  - Kraupner, Alexander
T1  - Neuartige Synthese magnetischer Nanostrukturen: Metallcarbide und Metallnitride der Übergangsmetalle Fe/Co/Ni
T1  - Novel synthesis of magnetic nanostructures: metal carbides and metal nitrides of transition metals Fe/Co/Ni
N2  - Magnetische Nanopartikel bieten ein großes Potential, da sie einerseits die Eigenschaften ihrer Bulk-Materialien besitzen und anderseits, auf Grund ihrer Größe, über komplett unterschiedliche magnetische Eigenschaften verfügen können; Superparamagnetismus ist eine dieser Eigenschaften. Die meisten etablierten Anwendungen magnetischer Nanopartikel basieren heutzutage auf Eisenoxiden. Diese bieten gute magnetische Eigenschaften, sind chemisch relativ stabil, ungiftig und lassen sich auf vielen Synthesewegen relativ einfach herstellen. Die magnetischen Eigenschaften der Eisenoxide sind materialabhängig aber begrenzt, weshalb nach anderen Verbindungen mit besseren Eigenschaften gesucht werden muss. Eisencarbid (Fe3C) kann eine dieser Verbindungen sein. Dieses besitzt vergleichbare positive Eigenschaften wie Eisenoxid, jedoch viel bessere magnetische Eigenschaften, speziell eine höhere Sättigungsmagnetisierung. Bis jetzt wurde Fe3C hauptsächlich in Gasphasenabscheidungsprozessen synthetisiert oder als Nebenprodukt bei der Synthese von Kohlenstoffstrukturen gefunden. Eine Methode, mit der gezielt Fe3C-Nanopartikel und andere Metallcarbide synthetisiert werden können, ist die „Harnstoff-Glas-Route“. Neben den Metallcarbiden können mit dieser Methode auch die entsprechenden Metallnitride synthetisiert werden, was die breite Anwendbarkeit der Methode unterstreicht. Die „Harnstoff-Glas-Route“ ist eine Kombination eines Sol-Gel-Prozesses mit einer anschließenden carbothermalen Reduktion/Nitridierung bei höheren Temperaturen. Sie bietet den Vorteil einer einfachen und schnellen Synthese verschiedener Metallcarbide/nitride. Der Schwerpunkt in dieser Arbeit lag auf der Synthese von Eisencarbiden/nitriden, aber auch Nickel und Kobalt wurden betrachtet. Durch die Variation der Syntheseparameter konnten verschiedene Eisencarbid/nitrid Nanostrukturen synthetisiert werden. Fe3C-Nanopartikel im Größenbereich von d = 5 – 10 nm konnten, durch die Verwendung von Eisenchlorid, hergestellt werden. Die Nanopartikel weisen durch ihre geringe Größe superparamagnetische Eigenschaften auf und besitzen, im Vergleich zu Eisenoxid Nanopartikeln im gleichen Größenbereich, eine höhere Sättigungsmagnetisierung. Diese konnten in fortführenden Experimenten erfolgreich in ionischen Flüssigkeiten und durch ein Polymer-Coating, im wässrigen Medium, dispergiert werden. Desweiteren wurde durch ein Templatieren mit kolloidalem Silika eine mesoporöse Fe3C-Nanostruktur hergestellt. Diese konnte erfolgreich in der katalytischen Spaltung von Ammoniak getestet werden. Mit der Verwendung von Eisenacetylacetonat konnten neben Fe3C-Nanopartikeln, nur durch Variation der Reaktionsparameter, auch Fe7C3- und Fe3N-Nanopartikel synthetisiert werden. Speziell für die Fe3C-Nanopartikel konnte die Sättigungsmagnetisierung, im Vergleich zu den mit Eisenchlorid synthetisierten Nanopartikeln, nochmals erhöht werden. Versuche mit Nickelacetat führten zu Nickelnitrid (Ni3N) Nanokristallen. Eine zusätzliche metallische Nickelphase führte zu einer Selbstorganisation der Partikel in Scheiben-ähnliche Überstrukturen. Mittels Kobaltacetat konnten, in Sphären aggregierte, metallische Kobalt Nanopartikel synthetisiert werden. Kobaltcarbid/nitrid war mit den gegebenen Syntheseparametern nicht zugänglich.
N2  - Magnetic nanoparticles offer a great potential, because they exhibit on the one hand the properties of their bulk materials and on the other hand, because of their size, completely different magnetic properties. The most established applications of magnetic nanoparticles are based on iron oxide. These oxides have good magnetic properties, they are chemical relatively stable, non toxic and easy to prepare. But the magnetic properties are limited. Therefore, we need new materials with improved magnetic properties. Iron carbide (Fe3C) could be one of these materials. Up to now, Fe3C was mainly synthesized in chemical vapor deposition processes (CVD) or was found as side product in the synthesis of carbon structures. A method for the systematical synthesis of metal carbides is the “Urea-Glass-Route”. In addition to the synthesis of metal carbides, this method allows to synthesize metal nitrides, which shows the broad practicability. The “Urea-Glass-Route” is a combination of a sol-gel process with following carbothermal reduction/nitridation at higher temperatures. The method is fast and simple and it is possible to synthesis different metal carbides/nitrides. The main topic of this work is the synthesis of iron carbide/nitride, but also cobalt and nickel is examined. By varying the synthesis parameters, different iron carbide/nitride nanostructures could be synthesized. With the use of iron chloride, Fe3C nanoparticles, in the size range of d = 5 – 10 nm, could be produced. Because of their small size, the particles show superparamagnetism and compared to iron oxide particles (in the same size range) a higher saturation magnetization. In following experiments, the particles could be successfully dispersed in an ionic liquid and with a polymer coating in aqueous medium. Furthermore, via templating with colloidal silica a mesoporous Fe3C structure could be synthesized. The material could be successfully tested in the catalytic ammonia decomposition. By changing the iron source to iron acetylacetonate, Fe7C3 and Fe3N nanoparticles, in addition to Fe3C, could be also synthesized. With nickel acetate it was possible to synthesize nickel nitride (Ni3N) nano crystals. An additional metallic nickel phase in the sample leads to a self organization to disk-like superlattice. Via cobalt acetate, in spheres aggregated, metallic cobalt nanoparticles could be synthesized. Cobalt carbide or nitride was not accessible under these synthesis parameters.
KW  - Carbide
KW  - Nitride
KW  - Eisen
KW  - Magnetismus
KW  - Nanopartikel
KW  - carbides
KW  - nitrides
KW  - iron
KW  - magnetism
KW  - nanoparticles
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52314
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TY  - THES
A1  - ten Brummelhuis, Niels
T1  - Self-assembly of cross-linked polymer micelles into complex higher-order aggregates
T1  - Selbstorganisation von vernetzten Polymermizellen zu Komplexen Aggregaten mit höherer Ordnung
N2  - The creation of complex polymer structures has been one of the major research topics over the last couple of decades. This work deals with the synthesis of (block co-)polymers, the creation of complex and stimuli-responsive aggregates by self-assembly, and the cross-linking of these structures. Also the higher-order self-assembly of the aggregates is investigated. The formation of poly-2-oxazoline based micelles in aqueous solution and their simultaneous functionalization and cross-linking using thiol-yne chemistry is e.g. presented. By introducing pH responsive thiols in the core of the micelles the influence of charged groups in the core of micelles on the entire structure can be studied. The charging of these groups leads to a swelling of the core and a decrease in the local concentration of the corona forming block (poly(2-ethyl-2-oxazoline)). This decrease in concentration yields a shift in the cloud point temperature to higher temperatures for this Type I thermoresponsive polymer. When the swelling of the core is prohibited, e.g. by the introduction of sufficient amounts of salt, this behavior disappears. Similar structures can be prepared using complex coacervate core micelles (C3Ms) built through the interaction of weakly acidic and basic polymer blocks. The advantage of these structures is that two different stabilizing blocks can be incorporated, which allows for more diverse and complex structures and behavior of the micelles. Using block copolymers with either a polyanionic or a polycationic block C3Ms could be created with a corona which contains two different soluble nonionic polymers, which either have a mixed corona or a Janus type corona, depending on the polymers that were chosen. Using NHS and EDC the micelles could easily be cross-linked by the formation of amide bonds in the core of the micelles. The higher-order self-assembly behavior of these core cross-linked complex coacervate core micelles (C5Ms) was studied. Due to the cross-linking the micelles are stabilized towards changes in pH and ionic strength, but polymer chains are also no longer able to rearrange. For C5Ms with a mixed corona likely network structures were formed upon the collapse of the thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), whereas for Janus type C5Ms well defined spherical aggregates of micelles could be obtained, depending on the pH of the solution. Furthermore it could be shown that Janus micelles can adsorb onto inorganic nanoparticles such as colloidal silica (through a selective interaction between PEO and the silica surface) or gold nanoparticles (by the binding of thiol end-groups). Asymmetric aggregates were also formed using the streptavidin-biotin binding motive. This is achieved by using three out of the four binding sites of streptavidin for the binding of one three-arm star polymer, end-functionalized with biotin groups. A homopolymer with one biotin end-group can be used to occupy the last position. This binding of two different polymers makes it possible to create asymmetric complexes. This phase separation is theoretically independent of the kind of polymer since the structure of the protein is the driving force, not the intrinsic phase separation between polymers. Besides Janus structures also specific cross-linking can be achieved by using other mixing ratios.
N2  - In den letzten Jahrzehnten war die Herstellung von komplizierten Polymerstrukturen ein wichtiges Forschungsthema für Polymerchemiker. Diese Arbeit behandelt die Synthese von (Blockco-)Polymere, die Herstellung von komplexen und stimulus-responsiven Aggregaten (Mizellen) durch Selbstorganisation, sowie die Vernetzung dieser Strukturen. Auch die Anordnung dieser Mizellen zu Aggregaten mit höherer Ordnung wurde untersucht. Zum Beispiel wird die Bildung von Poly(2-oxazolin) basierter Mizellen in wässriger Lösung und die gleichzeitige Funktionalisierung und Vernetzung dieser Mizellen mittels Thiol-In-Chemie beschrieben. Durch die Einführung von pH-responsiven Gruppen in den Kern der Mizellen konnte der Einfluss von geladenen Gruppen im Kern auf das gesamte Aggregat untersucht werden. Das Einführen von Ladung führt zum Quellen des Mizellkerns und damit zu einer niedrigeren lokalen Konzentration von wasserlöslichem Poly(2-ethyl-2-oxazolin) (PEtOx). Diese niedrigere Konzentration ergibt eine Verschiebung des Trübungspunkt dieses Typ I thermoresponsiven Polymers zu höheren Temperaturen. Wenn die Ausdehnung des Kerns nicht erfolgt, z.B. in Anwesenheit einer hohen Salzkonzentration, findet dieser Effekt nicht statt. Ähnliche Strukturen können mithilfe von Mizellen mit komplexen Koazervatkern (English: Complex Coacervate Core Micelles, C3Ms) durch die Interaktion zwischen Polymeren mit negativ und positiv geladenen Blöcken hergestellt werden. Der Vorteil dieser Strukturen ist, dass zwei verschiedene stabilisierende Polymerblöcke in einem Aggregat vereint werden können, was zur Bildung einer Vielzahl noch komplizierterer Strukturen und zu mehr Responsivität führen kann. Mithilfe von Blockcopolymeren, bestehend aus jeweils einen polyionischen Block und einem neutralen Block (z.B. PEtOx, PEO oder poly(N-isopropylacrylamid) (PNIPAAm)), konnten C3Ms hergestellt werden, in denen zwei neutrale Polymere vereint wurden. Es konnte gezeigt werden, dass diese Polymere sowohl gemischt als auch phasensepariert vorliegen können (letzteres ergibt Janus Mizellen), abhängig welche Polymere gewählt werden. Durch Vernetzung im Kern konnten die Mizellen stabilisiert und fixiert werden (C5Ms). Die Selbstanordnung dieser vernetzten Mizellen zu größeren Aggregaten wurde untersucht. Wenn eine Lösung mit vernetzten Mizellen über den Trübungspunkt von PNIPAAm erhitzt wurde, bildeten sich Netzwerke aus Mizellen mit einer gemischten Korona, während Janus Mizellen sich zu wohldefinierten Aggregaten höherer Ordnung anordneten. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Janus Mizellen sich auf der Oberfläche von anorganischen Nanopartikeln anlagern können; z.B. durch die selektive Wechselwirkung zwischen PEO und Silica oder durch die Adsorption von Thiolgruppen auf Gold-Nanopartikeln. Asymmetrische Aggregate konnten auch mithilfe des Streptavidin-Biotin Komplexes erhalten werden. Durch das Binden der Biotin-Endgruppen eines dreiarmigen Sternpolymeren an eine Streptavidin-Einheit und anschließende Belegung der verbliebenen Bindungsstelle mit der Biotin-gruppe eines Homopolymers, können sehr spezifisch zwei verschiedene Polymere in einem Janus Aggregat vereint werden. Auch die Vernetzung des Streptavidins kann erzielt werden, indem andere Mischverhältnisse gewählt werden.
KW  - Polymerchemie
KW  - Selbstorganisation
KW  - Mizellen
KW  - Janus
KW  - Vernetzung
KW  - Polymer chemistry
KW  - self-assembly
KW  - micelles
KW  - Janus
KW  - cross-linking
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52320
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TY  - THES
A1  - Rasch, Claudia
T1  - Optische Spektroskopie zum Nachweis von Schimmelpilzen und deren Mykotoxine
T1  - Optical spectroscopy for the determination of mould and mycotoxins
N2  - Gesunde sowie qualitativ hochwertige Nahrungsmittel sind wichtige Voraussetzungen, um einerseits die Lebensmittelsicherheit entlang der Wertschöpfungskette (Wachstum, Verarbeitung, Lagerung und Transport) und andererseits einen vorbeugenden Verbraucherschutz zu gewährleisten. Die Belastung der Nahrung mit Rückständen jeglicher Art war in letzter Zeit häufig Mittelpunkt heftiger öffentlicher Diskussionen. Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen durch Pilze gebildete Giftstoffe, so genannte Mykotoxine, die Ernteprodukte belasten und es bei deren Verzehr durch Menschen oder Tiere zu Vergiftungen kommen kann. Die FAO schätzt, dass etwa 25% der Weltproduktion von Nahrungsmitteln mit Mykotoxinen kontaminiert und in 20% der Getreideernte der Europäischen Union messbare Konzentrationen an Mykotoxinen detektierbar sind. Damit die Lebensmittelsicherheit weiterhin gewährleistet bleibt, werden neben den Routinemethoden schnellere und zerstörungsfreie Methoden benötigt, um die Lebensmittel direkt vor Ort auf Schimmelpilze und deren Mykotoxine zu untersuchen. In dieser Arbeit wird das Potenzial von ausgewählten optisch-basierten spektroskopischen Methoden für die in-situ bzw. in-line Detektion von Schimmelpilzen sowie Mykotoxinen in Getreide(produkten) untersucht. Es werden Absorptions- und Reflexionsmethoden einerseits und Fluoreszenztechniken andererseits eingesetzt. Die spektroskopischen Methoden werden dabei auf Proben unterschiedlicher Komplexität angewandt - beginnend mit der Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften der reinen Mykotoxine in Lösung über künstlich mit verschiedenen Mykotoxinen kontaminierten Getreideproben bis hin zu mit Pilzen befallenem Getreide und hochveredelte Lebensmittel (Wein und Bier) als Proben höchster Komplexität.
N2  - Problems of food safety have led to an increasing concern regarding contamination of foods and feeds with mycotoxins and the relevant toxigenic fungi, mainly Aspergillus, Penicillium and Fusarium genera. There is a real need for rapid, sensitive and inexpensive sensors for the detection of toxigenic fungi and mycotoxins, both in the field and after harvest in order to obtain real-time monitoring data on contamination and this assist in food safety assessment. This will result in an enormous cost saving to the farmers as well as to agro-food industry through the prevention and reduction of product recalls and reduced treatment costs. The German Ministry of Education and Research (BMBF) has provided funding of more than 1.9 million Euros from July 2006 to December 2009 for the large joint project "ProSeso.net2" on the development of innovative sensor-based techniques and processes in the field of food quality and safety. In this research-project "Exploration of sustainability potentials by use of sensor-based technologies and integrated assessment models in the production chain of plant related food" 13 partners from universities, non-university institutions and industry cooperate within seven subprojects. The expected results shall contribute to maintain freshness and improve safety of the food production chain. In the subproject “Indicators and sensor technology for the identification of mycotoxin producing fungi in the processing of grain” spectroscopic methods are tested for in-situ and in-line detection of moulds and/or mycotoxins. This presentation focuses on some possible spectroscopic methods for the rapid detection of mycotoxins and fungi on grains. Methods based on one- and two-photon-induced fluorescence spectroscopy are highly attractive because of their outstanding sensitivity and selectivity. In order to utilize a fluorescence technique for the analysis of the mycotoxins in food and feedstuff as well as for basic research on the fungal metabolism, the photochemistry and photophysics of the mycotoxins and fungi need to be elucidated in detail, especially the influence of solvent parameters such as polarity and pH value. Consequently, for a sensitive and selective spectroscopic analysis, it is indispensable to take the specific photophysic of the known mycotoxins into account in order to minimize serious limitations upon sensitivity, selectivity, and accuracy of a potential fluorescence-based sensing application. The spectroscopic techniques are complemented by chemometric tools (Principle Component Analysis) to extract the desired chemical information, e.g. with respect to presence of contaminations. The combination of data obtained from different spectroscopic methods (such as optimal excitation and emission wavelength, fluorescence decay times, and fluorescence quantum efficiency) on the one hand side and NIR spectroscopy on the other side shows promising results for the qualitative as well as quantitative identification of mycotoxins grains. Moreover, NIR reflectance spectra yield additional information on ingredients, moisture content, and the presence (or absence) of fungi in the sample.
KW  - Mykotoxine
KW  - Schimmelpilze
KW  - Fluoreszenz
KW  - Chemometrie
KW  - Zweiphotonenanregung
KW  - mycotoxins
KW  - mould
KW  - fluorescence
KW  - chemometrics
KW  - Two-Photon-Absorption
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-50746
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TY  - THES
A1  - Thesen, Manuel Wolfram
T1  - Synthese und Charakterisierung von phosphoreszenten Terpolymeren und nichtkonjugierten Matrixpolymeren für effiziente polymere Leuchtdioden
T1  - Synthesis and characterization of phosphoreszent terpolymers and nonconjugated matrixpolymers for efficient polymer light emitting diodes
N2  - Mit Seitenkettenpolystyrenen wurde ein neues Synthesekonzept für phosphoreszente polymere LED-Materialien aufgestellt und experimentell verifiziert. Zunächst erfolgten auf Grundlage strukturell einfacher Verbindungen Untersuchungen zum Einfluss von Spacern zwischen aktiven Seitengruppen und dem Polystyrenrückgrat. Es wurden Synthesemethoden für die Monomere etabliert, durch die aktive Elemente - Elektronen- und Lochleiter - mit und ohne diesen Spacer zugänglich sind. Durch Kombination dieser Monomere waren unter Hinzunahme von polymerisierbaren Iridium-Komplexen in unterschiedlicher Emissionswellenlänge statistische Terpolymere darstellbar. Es wurde gezeigt, dass die Realisierung bestimmter Verhältnisse zwischen Loch-, Elektronenleiter und Triplettemitter in ausreichender Molmasse möglich ist. Die Glasstufen der Polymere zeigten eine deutliche Strukturabhängigkeit. Auf die Lage der Grenzorbitale übten die Spacer nahezu keinen Einfluss aus. Die unterschiedlichen Makromoleküle kamen in polymeren Licht emittierenden Dioden (PLEDs) zum Einsatz, wobei ein deutlicher Einfluss der Spacereinheiten auf die Leistungscharakteristik der PLEDs festzustellen war: Sowohl Effizienz, Leuchtdichte wie auch Stromdichte waren durch den Einsatz der kompakten Makromoleküle ohne Spacer deutlich höher. Diese Beobachtungen begründeten sich hauptsächlich in der Verwendung der aliphatischen Spacer, die den Anteil im Polymer erhöhten, der keine Konjugation und damit elektrisch isolierende Eigenschaften besaß. Diese Schlussfolgerungen waren mit allen drei realisierten Emissionsfarben grün, rot und blau verifizierbar. Die besten Messergebnisse erzielte eine PLED aus einem grün emittierenden und spacerlosen Terpolymer mit einer Stromeffizienz von etwa 28 cd A-1 (bei 6 V) und einer Leuchtdichte von 3200 cd m-2 (bei 8 V). Ausgehend von obigen Ergebnissen konnten neue Matrixmaterialien aus dem Bereich verdampfbarer Moleküle geringer Molmasse in das Polystyrenseitenkettenkonzept integriert werden. Es wurden Strukturvariationen sowohl von loch- wie auch von elektronenleitenden Verbindungen als Homopolymere dargestellt und als molekular dotierte Systeme in PLEDs untersucht. Sieben verschiedene lochleitende Polymere mit Triarylamin-Grundkörper und drei elektronendefizitäre Polymere auf der Basis von Phenylbenzimidazol konnten erfolgreich in den Polymeransatz integriert werden. Spektroskopische und elektrochemische Untersuchungen zeigten kaum eine Veränderung der Charakteristika zwischen verdampfbaren Molekülen und den dargestellten Makromolekülen. Diese ladungstransportierenden Makro-moleküle wurden als polymere Matrizes molekular dotiert und lösungsbasiert zu Einschicht-PLEDs verarbeitet. Als aussichtsreichstes Lochleiterpolymer dieser Reihe, mit einer Strom-effizenz von etwa 33 cd A-1 (bei 8 V) und einer Leuchtdichte von 6700 cd m-2 (bei 10 V), stellte sich ein Triarylaminderivat mit Carbazolsubstituenten heraus. Als geeignetstes Matrixmaterial für die Elektronenleitung wurde ein meta-verknüpftes Di-Phenylbenzimidazol ausfindig gemacht, das in der PLED eine Stromeffizienz von etwa 20 cd A-1 (bei 8 V) und eine Leuchtdichte von 7100 cd m-2 (bei 10 V) erzielte. Anschließend wurden die geeignetsten Monomere zu Copolymeren kombiniert: Die lochleitende Einheit bildete ein carbazolylsubstituiertes Triarylamin und die elektronen-leitende Einheit war ein disubstituiertes Phenylbenzimidazol. Dieses Copolymer diente im Folgenden dazu, PLEDs zu realisieren und die Leistungsdaten mit denen eines Homopolymer-blends zu vergleichen, wobei der Blend die bessere Leistungscharakteristik zeigte. Mit dem Homopolymerblend waren Bauteileffizienzen von annähernd 30 cd A-1 (bei 10 V) und Leuchtdichten von 6800 cd m-2 neben einer Verringerung der Einsatzspannung realisierbar. Für die abschließende Darstellung bipolarer Blockcopolymere wurde auf die Nitroxid-vermittelte Polymerisation zurückgegriffen. Mit dieser Technik waren kontrollierte radikalische Polymersiationen mit ausgewählten Monomeren in unterschiedlichen Block-längen durchführbar. Diese Blockcopolymere kamen als molekular dotierte Matrizes in phosphoreszenten grün emittierenden PLEDs zum Einsatz. Die Bauteile wurden sowohl mit statistischen Copolymeren, wie auch mit Homopolymerblends in gleicher Zusammensetzung aber unterschiedlichem Polymerisationsgrad hinsichtlich der Leistungscharakteristik verglichen. Kernaussage dieser Untersuchungen ist, dass hochmolekulare Systeme eine bessere Leistungscharakteristik aufweisen als niedermolekulare Matrizes. Über Rasterkraft-mikroskopie konnte eine Phasenseparation in einem Größenbereich von etwa 10 nm für den hochmolekularen Homopolymerblend nachgewiesen werden. Für die Blockcopolymere war es nicht möglich eine Phasenseparation zu beobachten, was vorwiegend auf deren zu geringe Blocklänge zurückgeführt wurde.
N2  - A new synthetic approach for the synthesis of side chain polystyrenes was established and their use as phosphorescent polymers for polymer light emitting diodes (PLEDs) is shown by experiments. An assay was introduced to clarify influences on electroluminescent behavior for RGB-colored phosphorescent terpolymers with N,N-Di-p-tolyl-aniline as hole-transporting unit, 2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (tert-BuPBD) as electron-transporting unit, and different iridium complexes in RGB-colors as triplet emitting materials. All monomers were attached with spacer moieties to the “para” position of a polystyrene. PLEDs were built to study the electro-optical behavior of these materials. The gist was a remarkable influence of hexyl-spacer units to the PLED performance. For all three colors only very restricted PLED performances were found. In comparison RGB-terpolymers were synthesized with directly attached charge transport materials to the polymer backbone. For this directly linked systems efficiencies were 28 cd A−1 @ 6 V (green), 4.9 cd A−1 @ 5 V (red) and 4.3 cd A−1 @ 6 V (bluish). In summary it is assumed that an improved charge percolation pathways regarding to the higher content of semiconducting molecules and an improved charge transfer to the phosphorescent dopand in the case of the copolymers without spacers are responsible for the better device performance comparing the copolymers with hexyl spacers. It was found that the approach of the directly connected charge transport materials at the nonconjugated styrene polymer backbone is favored for further investigations as shown in the following. A series of styrene derived monomers with triphenylamine-based units, and their polymers have been synthesized and compared with the well-known structure of polymer of N,N′-bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine with respect to their hole-transporting behavior in PLEDs. A vinyltriphenylamine structure was selected as a basic unit, functionalized at the para positions with the following side groups: diphenylamine, 3-methylphenyl-aniline, 1- and 2-naphthylamine, carbazole, and phenothiazine. The polymers are used in PLEDs as host polymers for blend systems. It is demonstrated that two polymers are excellent hole-transporting matrix materials for these blend systems because of their good overall electroluminescent performances and their comparatively high glass transition temperatures. For the carbazole-substituted polymer (Tg = 246 °C), a luminous efficiency of 35 cd A−1 and a brightness of 6700 cd m−2 at 10 V is accessible. The phenothiazine-functionalized polymer (Tg = 220 °C) shows nearly the same outstanding PLED behavior. Hence, both these polymers outperform the well-known polymer of N,N′-bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine, showing only a luminous efficiency of 7.9 cd A−1 and a brightness of 2500 cd m−2 (10 V). Furthermore, novel styrene functionalized monomers with phenylbenzo[d]imidazole units and the corresponding homopolymers are prepared. The macromolecules are used as matrices for phosphorescent dopants to prepare PLEDs. The devices exhibit current efficiencies up to 38.5 cd A−1 at 100 cd m−2 and maximum luminances of 7400 cd m−2 at 10 V. Afterwards the most efficient monomers of this investigations were combined and statistical copolymers were synthesized. As hole-transporting monomer the carbazole substituted triarylamine and as electron-transporting monomer a disubstituted phenylbenzoimidazole was selected. This statistical copolymer was used in the following as matrix material for phosporescent PLEDs and the device performance was compared with a matrix system of a polymer blend matrix system of corresponding homopolymers. With this homopolymer blend efficiencies of about 30 cd A-1 at 10 V and luminances of 6800 cd m-2 beside a decreased onset voltage were realized. Finally bipolar blockcopolymers of structural basic monomers were synthesized via nitroxide mediated polymerization. With these technique and the chosen hole- and electron-transporting monomers a controlled radical polymerization was realized leading to blockcopolymers in different block lengths. These blockcopolymers were used as molecular doped matrix systems in green phosphoreszent PLEDs. The devices were compared in regard to their performances with PLEDs made of statistical copolymers and homopolymer blends. It was found that high molecular systems show a better device performance compared to low molecular polymer matrices. With atomic force microscopy it is shown that a phase separation takes place for the high molecular blend of homopolymers. For the synthesized blockcopolymers no phase separation could be verified, mainly because of the comparatively low molecular weight of these systems.
KW  - phosphoreszente Terpolymere
KW  - Elektrolumineszenz
KW  - organische Licht emittierende Diode
KW  - Ladungstransport
KW  - bipolare Blockcopolymere
KW  - phosphorescent Terpolymers
KW  - electroluminsecence
KW  - organic light emitting diode
KW  - charge transport
KW  - bipolar blockcopolymers
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51709
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TY  - THES
A1  - Pfeifer, Sebastian
T1  - Neue Ansätze zur Monomersequenzkontrolle in synthetischen Polymeren
T1  - New approaches for monomer sequence control in synthetic polymers
N2  - Von der Natur geschaffene Polymere faszinieren Polymerforscher durch ihre spezielle auf eine bestimmte Aufgabe ausgerichtete Funktionalität. Diese ergibt sich aus ihrer Bausteinabfolge uber die Ausbildung von Uberstrukturen. Dazu zählen zum Beispiel Proteine (Eiweiße), aus deren Gestalt sich wichtige Eigenschaften ergeben. Diese Struktureigenschaftsbeziehung gilt ebenso für funktionelle synthetische Makromoleküle. Demzufolge kann die Kontrolle der Monomersequenz in Polymeren bedeutend für die resultierende Form des Polymermoleküls sein. Obwohl die Synthese von synthetischen Polymeren mit der Komplexität und der Größe von Proteinen in absehbarer Zeit wahrscheinlich nicht gelingen wird, können wir von der Natur lernen, um neuartige Polymermaterialien mit definierten Strukturen (Sequenzen) zu synthetisieren. Deshalb ist die Entwicklung neuer und besserer Techniken zur Strukturkontrolle von großem Interesse für die Synthese von Makromolekülen, die perfekt auf ihre Funktion zugeschnitten sind. Im Gegensatz zu der Anzahl fortgeschrittener Synthesestrategien zum Design aus- gefallener Polymerarchitekturen – wie zum Beispiel Sterne oder baumartige Polymere (Dendrimere) – gibt es vergleichsweise wenig Ansätze zur echten Sequenzkontrolle in synthetischen Polymeren. Diese Arbeit stellt zwei unterschiedliche Techniken vor, mit denen die Monomersequenz innerhalb eines Polymers kontrolliert werden kann. Gerade bei den großtechnisch bedeutsamen radikalischen Polymerisationen ist die Sequenzkontrolle schwierig, weil die chemischen Bausteine (Monomere) sehr reaktiv sind. Im ersten Teil dieser Arbeit werden die Eigenschaften zweier Monomere (Styrol und N-substituiertes Maleinimid) geschickt ausgenutzt, um in eine Styrolkette definierte und lokal scharf abgegrenzte Funktionssequenzen einzubauen. Uber eine kontrollierte radikalische Polymerisationsmethode (ATRP) wurden in einer Ein-Topf-Synthese über das N-substituierte Maleinimid chemische Funktionen an einer beliebigen Stelle der Polystyrolkette eingebaut. Es gelang ebenfalls, vier unterschiedliche Funktionen in einer vorgegebenen Sequenz in die Polymerkette einzubauen. Diese Technik wurde an zwanzig verschiedenen N-substituierten Maleinimiden getestet, die meisten konnten erfolgreich in die Polymerkette integriert werden. In dem zweiten in dieser Arbeit vorgestellten Ansatz zur Sequenzkontrolle, wurde der schrittweise Aufbau eines Oligomers aus hydrophoben und hydrophilen Segmenten (ω-Alkin-Carbonsäure bzw. α-Amin-ω-Azid-Oligoethylenglycol) an einem löslichen Polymerträger durchgeführt. Das Oligomer konnte durch die geschickte Auswahl der Verknüpfungsreaktionen ohne Schutzgruppenstrategie synthetisiert werden. Der lösliche Polymerträger aus Polystyrol wurde mittels ATRP selbst synthetisiert. Dazu wurde ein Startreagenz (Initiator) entwickelt, das in der Mitte einen säurelabilen Linker, auf der einen Seite die initiierende Einheit und auf der anderen die Ankergruppe für die Anbindung des ersten Segments trägt. Der lösliche Polymerträger ermöglichte einerseits die schrittweise Synthese in Lösung. Andererseits konnten überschüssige Reagenzien und Nebenprodukte zwischen den Reaktionsschritten durch Fällung in einem Nicht-Lösungsmittel einfach abgetrennt werden. Der Linker ermöglichte die Abtrennung des Oligomers aus jeweils drei hydrophoben und hydrophilen Einheiten nach der Synthese.
N2  - Polymer scientists are impressed by polymers created by nature. This is caused by their structure which is aimed to fulfill very special functions. The structure is primary built by sequential covalent linking of building units. Secondly, supramolecular aggregation leads to three-dimensional alignment. The sequence of the building blocks has a high influence on the higher molecular arrangement. Proteins are only one example for supramolecular structures which have special functions because of their supramolecular arrangement. This structure-property relationship is also possible for synthetic polymers. For this reason the control of monomer sequences in synthtic polymers is just as important for the resulting structure of a synthetic polymer molecule. Even though the synthesis of polymers with complex strucures and sizes as in nature is impossible in near future. But the development of new and better techniques for sequence control in synthetic polymers is of high importance to create well defined macromolecular structures which are tailor-made for their function. In contrast to a lot of advanced synthethis strategies for the design of complex polymer architechtures (e.g. brushes, stars, or dendrimers) their are less approaches for a monomer sequence control in synthetic polymers. This work presents two different techniques for controlling the monomer sequence inside a polymer. Especially in technologically significant radical polymerization it is difficult to control the monomer sequence because radical species are very reactive and the addition of a monomer to the radical function is not selective. The first approach makes use of the properties of two monomers (styrene and N-substituted maleimides) to add chemical funtions locally inside a polystyrene chain. By addition of N-functionalized maleimides during the polymerization of styrene chemical functions could be added at any desired position inside the polystyrene chain. This technique was tested on 20 different N-substituted maleimides. Most of them were incorporated successfully into the polymer chain. The second monomer sequence control approach is a stepwise synthesis of an oligomer made of short alternating hydrophobic and hydrophilic segments on a soluble polymer support. Two building blocks were used: ω-alkyne carboxylic acid (A-B) and α-amine-ω-azide oligoethylene glycol (C-D). The linking of the segments was done by applying two very efficient chemical reactions, namely 1,3-dipolar cycloaddition of terminal alkynes (A) and azides (D) and amidification of carboxylic acids (B) with primary amines (C). These two reactions proceed chemoselectively in an ABCD multifunctional mixture without a protection chemistry strategy. The polystyrene support was synthesized by atom transfer radical polymerization (ATRP) in the presence of an azido-functionalized ATRP initiator containing a labile p-alkoxybenzyl ester linker. Depending on the choise of solvent, the soluble polymer support was used in solution during the coupling reactions or was precipitated for an easy removal of excessive reagents and by-products. The acid-labile linker could be cleaved by trifluoroacetic acid treatment to obtain a hydrophilic/hydrophobic block copolymer.
KW  - ATRP
KW  - Copolymerisation
KW  - Flüssigphasensynthese
KW  - WANG-Linker
KW  - Klick-Chemie
KW  - ATRP
KW  - copolymerization
KW  - liquid phase synthesis
KW  - WANG-linker
KW  - click chemistry
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51385
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TY  - THES
A1  - Luschtinetz, Franziska
T1  - Cyaninfarbstoffe als Fluoreszenzsonden in biomimetischen und biologischen Systemen : Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie und Fluoreszenzanisotropie-Untersuchungen
T1  - Cyanine dyes as fluorescent probes in biomimetic and biological systems : fluorescence correlation spectroscopy and fluorescence anisotropy studies
N2  - Um Prozesse in biologischen Systemen auf molekularer Ebene zu untersuchen, haben sich vor allem fluoreszenzspektroskopische Methoden bewährt. Die Möglichkeit, einzelne Moleküle zu beobachten, hat zu einem deutlichen Fortschritt im Verständnis von elementaren biochemischen Prozessen geführt. Zu einer der bekanntesten Methoden der Einzelmolekülspektroskopie zählt die Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS), mit deren Hilfe intramolekulare und diffusionsgesteuerte Prozesse in einem Zeitbereich von µs bis ms untersucht werden können. Durch die Verwendung von sog. Fluoreszenzsonden können Informationen über deren molekulare Mikroumgebung erhalten werden. Insbesondere für die konfokale Mikroskopie und die Einzelmolekülspektroskopie werden Fluoreszenzfarbstoffe mit einer hohen Photostabilität und hohen Fluoreszenzquantenausbeute benötigt. Aufgrund ihrer hohen Fluoreszenzquantenausbeute und der Möglichkeit, maßgeschneiderte“ Farbstoffe in einem breiten Spektralbereich für die Absorption und Fluoreszenz zu entwickeln, sind Cyaninfarbstoffe von besonderem Interesse für bioanalytische Anwendungen. Als Fluoreszenzmarker finden diese Farbstoffe insbesondere in der klinischen Diagnostik und den Lebenswissenschaften Verwendung. Die in dieser Arbeit verwendeten Farbstoffe DY-635 und DY-647 sind zwei typische Vertreter dieser Farbstoffklasse. Durch Modifizierung können die Farbstoffe kovalent an biologisch relevante Moleküle gebunden werden. Aufgrund ihres Absorptionsmaximums oberhalb von 630nm werden sie insbesondere in der Bioanalytik eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurden die spektroskopischen Eigenschaften der Cyaninfarbstoffe DY-635 und DY-647 in biomimetischen und biologischen Modellsystemen untersucht. Zur Charakterisierung wurden dabei neben der Absorptionsspektroskopie insbesondere fluoreszenzspektroskopische Methoden verwendet. Dazu zählen die zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung zur Ermittlung des Fluoreszenzabklingverhaltens, Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) zur Beobachtung von Diffusions- und photophysikalischen Desaktivierungsprozessen und die zeitaufgelöste Fluoreszenzanisotropie zur Untersuchung der Rotationsdynamik und Beweglichkeit der Farbstoffe im jeweiligen Modellsystem. Das Biotin-Streptavidin-System wurde als Modellsystem für die Untersuchung von Protein-Ligand-Wechselwirkungen verwendet, da der Bindungsmechanismus weitgehend aufgeklärt ist. Nach Bindung der Farbstoffe an Streptavidin wurde eine erhebliche Veränderung in den Absorptions- und Fluoreszenzeigenschaften beobachtet. Es wird angenommen, dass diese spektralen Veränderungen durch Wechselwirkung von benachbarten, an ein Streptavidintetramer gebundenen Farbstoffmolekülen und Bildung von H-Dimeren verursacht wird. Für das System Biotin-Streptavidin ist bekannt, dass während der Bindung des Liganden (Biotin) an das Protein eine Konformationsänderung auftritt. Anhand von zeitaufgelösten Fluoreszenzanisotropieuntersuchungen konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass diese strukturellen Veränderungen zu einer starken Einschränkung der Beweglichkeit des Farbstoffes DY-635B führen. Liegt eine Mischung von ungebundenem und Streptavidin-gebundenem Farbstoff vor, können die Anisotropieabklingkurven nicht nach einem exponentiellen Verlauf angepasst werden. Es konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass in diesem Fall die Auswertung mit Hilfe des Assoziativen Anisotropiemodells möglich ist, welches eine Unterscheidung der Beiträge aus den zwei verschiedenen Mikroumgebungen ermöglicht. Als zweites Modellsystem dieser Arbeit wurden Mizellen des nichtionischen Tensids Tween-20 eingesetzt. Mizellen bilden eines der einfachsten Systeme, um die Mikroumgebung einer biologischen Membran nachzuahmen. Sind die Farbstoffe in den Mizellen eingelagert, so kommt es zu keiner Veränderung der Mizellgröße. Die ermittelten Werte des Diffusionskoeffizienten der mizellar eingelagerten Farbstoffe spiegeln demzufolge die Translationsbewegung der Tween-20-Mizellen wider. Die Beweglichkeit der Farbstoffe innerhalb der Tween-20-Mizellen wurde durch zeitaufgelöste Fluoreszenzanisotropiemessungen untersucht. Neben der „Wackelbewegung“, entsprechend dem wobble-in-a-cone-Modell, wird zusätzlich noch die laterale Diffusion der Farbstoffe entlang der Mizelloberfläche beschrieben.
N2  - To investigate processes in biological systems on a molecular level, particularly fluorescence spectroscopic methods have proven. The possibility to observe single molecules led to significant progress in the understanding of basic biochemical processes. Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) is one of the most popular methods of single molecule spectroscopy and is a powerful technique for the investigation of intramolecular and diffusion-controlled processes on a µs to ms time scale. The photophysical characteristics of fluorescent probes are often strongly influenced by their microenvironment. For confocal microscopy and single molecule detection applications fluorescent dyes with properties, such as high photostability and high fluorescence efficiency are highly needed. Due to the high fluorescence efficiency and the high potential to design tailor-made fluorescence probes covering a wide spectral range in absorption and fluorescence, cyanine dyes are highly attractive as fluorescence probes for bioanalytical applications, such as clinical diagnostics and life sciences. The dyes DY-635 and DY-647 are two typical representatives of this class of dyes and can be covalently attached to biologically relevant molecules. Because of their excitation wavelength above 630nm these dyes are especially suited for bioanalytical applications. In this work the spectroscopic properties of DY-635 and DY-647 in biomimetic and biological model systems were studied by absorption and fluorescence spectroscopy techniques: time-correlated single photon counting to determine fluorescence decay behavior, fluorescence correlation spectroscopy (FCS) to observe diffusion and photophysical deactivation processes, and fluorescence anisotropy to study the mobility and rotational behavior of the dyes in the respective model system. The well characterized system biotin-streptavidin was used as a model system for protein-ligand interactions. Binding to streptavidin resulted in significant changes in the steady-state photophysical characteristics of DY-635B and DY-647. These spectral changes are attributed to dye-dye interactions and the formation of H-dimers. Previous studies have demonstrated, that binding of biotin alters the conformation of streptavidin. Based on the evaluation of time-resolved anisotropy data in this study it was shown that these structural changes result in strong hindrance of the rotational freedom of DY-635B. For mixtures of unbound and streptavidin-bound dyes the fluorescence anisotropy decay curves are found to be nonexponential. In this case the concept of an associated anisotropy were applied which allowed discrimination between contributions from different microenvironments. As a second model system, micelles of the nonionic surfactant Tween-20 were used. Micelles are one of the simplest systems to mimic the microenvironment of a biological membrane. Incorporation of the dyes had no effect on the micelle size. The diffusion coefficient of the dyes, obtained by fluorescence correlation spectroscopy (FCS), reflects the translational behavior of Tween-20 micelles. The mobility of the dyes in the Tween-20 micelles was studied by time-resolved fluorescence anisotropy. In addition to a „wobbling“ motion ccording to the wobble-in-a-cone model, a lateral diffusion of the dyes along the micelle surface is described.
KW  - Cyaninfarbstoffe
KW  - Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie
KW  - Fluoreszenzanisotropie
KW  - Biotin-Streptavidin
KW  - Assoziatives Anisotropiemodell
KW  - cyanine dyes
KW  - fluorescence correlation spectroscopy
KW  - fluorescence anisotropy
KW  - biotin streptavidin
KW  - associated anisotropy
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-48478
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TY  - THES
A1  - Stöckle, Silke
T1  - Thin liquid films with nanoparticles and rod-like ions as models for nanofluidics
T1  - Dünne flüssige Filme mit Nanopartikeln und stäbchenförmigen Ionen als Nanofluidische Modelle
N2  - With the rise of nanotechnology in the last decade, nanofluidics has been established as a research field and gained increased interest in science and industry. Natural aqueous nanofluidic systems are very complex, there is often a predominance of liquid interfaces or the fluid contains charged or differently shaped colloids. The effects, promoted by these additives, are far from being completely understood and interesting questions arise with regards to the confinement of such complex fluidic systems. A systematic study of nanofluidic processes requires designing suitable experimental model nano – channels with required characteristics. The present work employed thin liquid films (TLFs) as experimental models. They have proven to be useful experimental tools because of their simple geometry, reproducible preparation, and controllable liquid interfaces. The thickness of the channels can be adjusted easily by the concentration of electrolyte in the film forming solution. This way, channel dimensions from 5 – 100 nm are possible, a high flexibility for an experimental system. TLFs have liquid IFs of different charge and properties and they offer the possibility to confine differently shaped ions and molecules to very small spaces, or to subject them to controlled forces. This makes the foam films a unique “device” available to obtain information about fluidic systems in nanometer dimensions. The main goal of this thesis was to study nanofluidic processes using TLFs as models, or tools, and to subtract information about natural systems plus deepen the understanding on physical chemical conditions. The presented work showed that foam films can be used as experimental models to understand the behavior of liquids in nano – sized confinement. In the first part of the thesis, we studied the process of thinning of thin liquid films stabilized with the non – ionic surfactant n – dodecyl – β – maltoside (β – C₁₂G₂) with primary interest in interfacial diffusion processes during the thinning process dependent on surfactant concentration 64. The surfactant concentration in the film forming solutions was varied at constant electrolyte (NaCl) concentration. The velocity of thinning was analyzed combining previously developed theoretical approaches. Qualitative information about the mobility of the surfactant molecules at the film surfaces was obtained. We found that above a certain limiting surfactant concentration the film surfaces were completely immobile and they behaved as non – deformable, which decelerated the thinning process. This follows the predictions for Reynolds flow of liquid between two non – deformable disks. In the second part of the thesis, we designed a TLF nanofluidic system containing rod – like multivalent ions and compared this system to films containing monovalent ions. We presented first results which recognized for the first time the existence of an additional attractive force in the foam films based on the electrostatic interaction between rod – like ions and oppositely charged surfaces. We may speculate that this is an ion bridging component of the disjoining pressure. The results show that for films prepared in presence of spermidine the transformation of the thicker CF to the thinnest NBF is more probable as films prepared with NaCl at similar conditions of electrostatic interaction. This effect is not a result of specific adsorption of any of the ions at the fluid surfaces and it does not lead to any changes in the equilibrium properties of the CF and NBF. Our hypothesis was proven using the trivalent ion Y3+ which does not show ion bridging. The experimental results are compared to theoretical predictions and a quantitative agreement on the system’s energy gain for the change from CF to NBF could be obtained. In the third part of the work, the behavior of nanoparticles in confinement was investigated with respect to their impact on the fluid flow velocity. The particles altered the flow velocity by an unexpected high amount, so that the resulting changes in the dynamic viscosity could not be explained by a realistic change of the fluid viscosity. Only aggregation, flocculation and plug formation can explain the experimental results. The particle systems in the presented thesis had a great impact on the film interfaces due to the stabilizer molecules present in the bulk solution. Finally, the location of the particles with respect to their lateral and vertical arrangement in the film was studied with advanced reflectivity and scattering methods. Neutron Reflectometry studies were performed to investigate the location of nanoparticles in the TLF perpendicular to the IF. For the first time, we study TLFs using grazing incidence small angle X – ray scattering (GISAXS), which is a technique sensitive to the lateral arrangement of particles in confined volumes. This work provides preliminary data on a lateral ordering of particles in the film.
N2  - Mit dem Heranwachsen der Nanotechnologie in den vergangenen zehn Jahren hat sich die Nanofluidik als Forschungsbereich etabliert und erfährt wachsende Aufmerksamkeit in der Wissenschaft, sowie auch in der Industrie. Im biomedizinischen Bereich, wo intrazelluläre Prozesse häufig komplexer, nanofluidischer Natur sind, wird sich vermehrt für ein detailliertes Verständnis von nanofluidischen Prozessen interessiert, z.B. für den Einfluss von Kolloiden verschiedenster Form oder elektrischer Ladung auf die Kanäle und auf das Fließverhalten oder die Auswirkungen der Einengung von Flüssigkeiten und Kolloiden in Nanometer Geometrien. In der vorliegenden Arbeit werden dünne flüssige Filme, hinsichtlich ihrer Funktion als nanofluidische Modelle untersucht. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Fließgeschwindigkeit des Fluids aus dem dünnen Film, abhängig von der Konzentration der filmstabilisierenden Tensidmoleküle n – Dodecyl β – D – Maltoside ( β – C₁₂G₂) bei einer konstanten Elektrolytkonzentration von 0.2 mM NaCl untersucht. Mit einem theoretischen Modell konnte das Dünnungsverhalten nachgezeichnet werden. Es wurde eine kritische Tensidkonzentration gefunden, unter der die Oberflächen lateral mobil sind und über der sie sich wie fest verhalten. Dadurch konnten wir Aufschluss darüber erlangen, wie die Oberfläche des Films unter verschiedenen Bedingungen geschaffen ist, und das in Bezug zur Verteilungsdichte der Moleküle an den Oberflächen setzen. Im weiteren wurden komplexere, nanofluidische Systeme untersucht, wobei zum einen ~ 1 nm lange, stäbchenförmige, multivalent geladene Spermidin - Moleküle die punktförmigen Elektrolyte ersetzten. Es konnte eine deutliche Veränderung der Stabilität zwischen Filmen mit und ohne Stäbchen festgestellt werden. Die Filme, mit NaCl, blieben länger in dem metastabilen „Common Film“ (CF) Zustand als die Filme, die eine vergleichbare Konzentration von Spermidin Stäbchen beinhalteten. Die Ergebnisse deuteten auf eine zusätzliche Anziehungskraft durch Brückenbildung zwischen zwei geladenen Oberflächen durch gegensätzlich geladene Stäbchenförmige Moleküle hin. Es konnte gezeigt werden, dass dieser Effekt weder ein Ergebnis von spezifischer Ionenadsorption an die Filmoberfläche war, noch ein Unterschied in den Gleichgewichtszuständen von den Dicken der CFs und der Newton Black Films (NBFs) hervorrief, was auf die korrekte Annahme der Ionenstärke in der Lösung schließen ließ. Auch in Versuchen mit ebenfalls trivalenten Ionen YCl3 wurde festgestellt, dass kein vergleichbarer Überbrückungseffekt auftritt. Die Ergebnisse wurden mit theoretischen Simulationen verglichen und es wurde eine quantitative Übereinstimmung gefunden bezüglich der Größe des Systeminternen Energiegewinns durch den Überbrückungseffekt. Desweiteren wurde das Fließverhalten von Fluiden mit Kolloiden eingeengt in Nanometer Geometrien untersucht. Für zwei verschiedene Arten von Nanopartikeln (Fe3O4 stabilisiert mit Oleinsäure und polymerstabilisierte Goldpartikel) wurde eine Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit festgestellt. Mit einem theoretischen Modell konnte das Fließverhalten nur für enorm erhöhte Viskositätswerte des Fluids erklärt werden. Die Viskositätserhöhung wurde mit Partikelaggregaten, die den Ausfluss behindern, erklärt und diskutiert, unter der Annahme eines nicht - Newtonischen Fließverhaltens der Dispersionen. Gleichermaßen wurde die strukturelle Anordnung der Partikel in den Filmen hinsichtlich ihrer vertikalen und lateralen Verteilung untersucht. In dieser Arbeit werden vorläufige Ergebnisse präsentiert, die noch weiteren Studien bedürfen. Mit Neutronenreflexion sollte die Anordnung der Partikel orthogonal zur Oberfläche im Film analysiert werden. Eine qualitative Analyse lässt schließen, dass bei einer höheren Konzentration von Partikeln in Lösung, sich auch eine erhöhte Konzentration von Partikeln im dünnen Film befindet. Leider konnten die Daten nicht hinsichtlich der Lage der Partikel analysiert werden. Zum ersten Mal wurden dünne flüssige Filme mit Kleinwinkelröntgenstreuung unter streifendem Einfall (GISAXS) analysiert. Mit Hilfe dieser Methode sollte eine laterale Anordnung der Partikel im Film untersucht werden. Es konnten erfolgreiche Messungen durchgeführt werden und mit Hilfe der rechnergestützten Analyse konnte eine Aussage gemacht werden, dass ~ 6 nm große Teilchen in ~ 43 nm Abstand sich im Film befinden. Die Aussage bezüglich der kleinen Teilchen könnte sich auf einzelne, kleinere Partikel beziehen, allerdings könnten auch die 43 nm eine relevante Strukturgröße darstellen, da es in der Dispersion gehäuft Aggregate mit dem Durchmesser in dem Größenbereich vorliegen. Zusammenfassend können sich mit dieser Arbeit die dünnen flüssigen Filme als eine wichtige Kernmethode der Untersuchung von nanofluidischen Prozessen, wie sie häufig in der Natur vorkommen, behaupten.
KW  - Nanofluidik
KW  - Schaumfilme
KW  - Spermidin
KW  - Nanopartikel
KW  - Oberflächenkräfte
KW  - nanofluidics
KW  - foam films
KW  - spermidine
KW  - nanoparticles
KW  - interfacial forces
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-46370
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TY  - THES
A1  - Gentsch, Rafael
T1  - Complex bioactive fiber systems by means of electrospinning
T1  - Komplexe Bioaktive Fasersysteme mittels Elektrospinnen
N2  - Nanofibrous mats are interesting scaffold materials for biomedical applications like tissue engineering due to their interconnectivity and their size dimension which mimics the native cell environment. Electrospinning provides a simple route to access such fiber meshes. This thesis addresses the structural and functional control of electrospun fiber mats. In the first section, it is shown that fiber meshes with bimodal size distribution could be obtained in a single-step process by electrospinning. A standard single syringe set-up was used to spin concentrated poly(ε-caprolactone) (PCL) and poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) solutions in chloroform and meshes with bimodal-sized fiber distribution could be directly obtained by reducing the spinning rate at elevated humidity. Scanning electron microscopy (SEM) and mercury porosity of the meshes suggested a suitable pore size distribution for effective cell infiltration. The bimodal fiber meshes together with unimodal fiber meshes were evaluated for cellular infiltration. While the micrometer fibers in the mixed meshes generate an open pore structure, the submicrometer fibers support cell adhesion and facilitate cell bridging on the large pores. This was revealed by initial cell penetration studies, showing superior ingrowth of epithelial cells into the bimodal meshes compared to a mesh composed of unimodal 1.5 μm fibers. The bimodal fiber meshes together with electrospun nano- and microfiber meshes were further used for the inorganic/organic hybrid fabrication of PCL with calcium carbonate or calcium phosphate, two biorelevant minerals. Such composite structures are attractive for the potential improvement of properties such as stiffness or bioactivity. It was possible to encapsulate nano and mixed sized plasma-treated PCL meshes to areas > 1 mm2 with calcium carbonate using three different mineralization methods including the use of poly(acrylic acid). The additive seemed to be useful in stabilizing amorphous calcium carbonate to effectively fill the space between the electrospun fibers resulting in composite structures. Micro-, nano- and mixed sized fiber meshes were successfully coated within hours by fiber directed crystallization of calcium phosphate using a ten-times concentrated simulated body fluid. It was shown that nanofibers accelerated the calcium phosphate crystallization, as compared to microfibers. In addition, crystallizations performed at static conditions led to hydroxyapatite formations whereas in dynamic conditions brushite coexisted. In the second section, nanofiber functionalization strategies are investigated. First, a one-step process was introduced where a peptide-polymer-conjugate (PLLA-b-CGGRGDS) was co-spun with PLGA in such a way that the peptide is enriched on the surface. It was shown that by adding methanol to the chloroform/blend solution, a dramatic increase of the peptide concentration at the fiber surface could be achieved as determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Peptide accessibility was demonstrated via a contact angle comparison of pure PLGA and RGD-functionalized fiber meshes. In addition, the electrostatic attraction between a RGD-functionalized fiber and a silica bead at pH ~ 4 confirmed the accessibility of the peptide. The bioactivity of these RGD-functionalized fiber meshes was demonstrated using blends containing 18 wt% bioconjugate. These meshes promoted adhesion behavior of fibroblast compared to pure PLGA meshes. In a second functionalization approach, a modular strategy was investigated. In a single step, reactive fiber meshes were fabricated and then functionalized with bioactive molecules. While the electrospinning of the pure reactive polymer poly(pentafluorophenyl methacrylate) (PPFPMA) was feasible, the inherent brittleness of PPFPMA required to spin a PCL blend. Blends and pure PPFPMA showed a two-step functionalization kinetics. An initial fast reaction of the pentafluorophenyl esters with aminoethanol as a model substance was followed by a slow conversion upon further hydrophilization. This was analysed by UV/Vis-spectroscopy of the pentaflurorophenol release upon nucleophilic substitution with the amines. The conversion was confirmed by increased hydrophilicity of the resulting meshes. The PCL/PPFPMA fiber meshes were then used for functionalization with more complex molecules such as saccharides. Aminofunctionalized D-Mannose or D-Galactose was reacted with the active pentafluorophenyl esters as followed by UV/Vis spectroscopy and XPS. The functionality was shown to be bioactive using macrophage cell culture. The meshes functionalized with D-Mannose specifically stimulated the cytokine production of macrophages when lipopolysaccharides were added. This was in contrast to D-Galactose- or aminoethanol-functionalized and unfunctionalized PCL/PPFPMA fiber mats.
N2  - Biofunktionale Materialien gewinnen immer größere Bedeutung in biomedizinischen Anwendungen wie dem künstlichen Ersatz von Knochen oder Blutgefässe. Weiterhin können diese Stoffe nützlich sein, um die Wechselwirkung zwischen Biomaterialien und biologischen Systemen wie Zellen oder Organismen weiter zu erforschen. In diversen Studien konnten Größen wie dreidimensionaler Strukturaufbau, Oberflächentopographie, Mechanik und die Funktionalisierung mit bioaktiven Substanzen als Einflussfaktoren identifiziert werden, welche auf verschiedenen Größenskalen von makroskopisch bis nanoskopisch untersucht wurden und gegenwärtig erforscht werden. Bioinspiriert von Kollagenfasern, die als Strukturmotiv an verschieden Orten im menschlichen Körper vorkommen (z.B. extrazelluläre Matrix) konnte gezeigt werden, dass Fasermatten, die eine ähnliche Größendimensionen wie die vorher erwähnten Kollagenfasern (Ø ~ 500 nm) aufweisen, eine aussichtsreiche Gerüstmatrix darstellen. Eine einfache Methode Fasermatten in diesen Dimensionen herzustellen ist Elektrospinning, wobei typischerweise eine viskose Polymerlösung durch anlegen eines Hochspannungsfeldes verstreckt wird. Obwohl auf diese Weise hergestellte Fasermatten für gewisse Zelllinien eine ideale Zellwechselwirkung aufweisen, ist die Zellbesiedelung solcher Netzwerke, bedingt auch durch die kleinen Porendurchmesser, problematisch und bedarf meistens weiterer Prozessierungsschritte. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der einfachen Herstellung von strukturel und funktional kontrollierten Fasersystem mittels Elektrospinning. Der erste Teil behandelt ein Einschrittverfahren zum Elektrospinnen von bimodalen Fasermatten bestehend aus Nano- und Mikrofasern. In Zellstudien mit Epithelzellen konnte gezeigt werden, dass solche Netzwerke tiefer besiedelt werden als Matten bestehend aus unimodalen 1.5 μm dicken Fasern. Des Weiteren wurden diese Fasermatten für fasergerichtete Kristallisation von Kalziumcarbonat und – phosphat benutzt. In einem zweiten Teil wurden 2 Strategien für die Faserfunktionalisierung mit Peptiden und Zuckermolekülen entwickelt. Zum einen wurde gezeigt, dass funktionale Peptidfasern durch Verspinnung einer Mischung von einem Peptid-Polymer-Konjugat mit einem kommerziellen Polymer hergestellt werden konnten. Zusätzlich wurde ein modularer Ansatz für die Herstellung von reaktiven Fasern ausgearbeitet, die anschließend mit Peptiden oder Zuckern funktionalisiert wurden. Die Bioaktivität der Zucker funktionalisierten Fasern konnte durch Zellversuche erfolgreich bestätigt werden.
KW  - Elektrospinnen
KW  - Faser
KW  - bioaktiv
KW  - funktional
KW  - Struktur
KW  - electrospinning
KW  - fiber
KW  - bioactive
KW  - functional
KW  - structure
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-44900
ER  - 
TY  - BOOK
T1  - EUCHIS '99 : proceedings of the 3rd international conference of the European Chitin Society, Potsdam, Germany, Aug. 31 - Sept. 3, 1999
N2  - Contents: Production and Applications of Chitin and Chitosan Krill as a promising raw material for the production of chitin in Europe - Containerized plant for producing chitin - Preparation and characterization of chitosan from Mucorales - Chitosan from Absidia orchidis - Scaling up of lactic acid fermentation of prawn wastes in packed-bed column reactor for chitin recovery - Preparation of chitin by acetic acid fermentation - Inter-source reproducibility of the chitin deacetylation process - Comparative analysis of chitosans from insects and crustacea - Effect of the rate of deacetylation on the physico-chemical properties of cuttlefish chitosan - Deacetylation of chitin by fungal enzymes - Production of partially degraded chitosan with desired molecular weight - Chitin-containing materials Mycoton for wounds treatment - Biological activity of selected forms of chitosan - Application of chitosan on the preservation quality of cut flowers - Preparation and characterization of chitosan films: application in cell cultures - Transport phenomena in chitin gels - Symplex membranes of chitosan and sulphoethylcellulose - Preparation and use of chitosan-Ca pectinate pellets - Bioseparation of protein from cheese whey by using chitosan coagulation and ultrafiltration membranes - Preparation of silk fibroin/chitosan fiber - Preparation of paper sheets containing microcrystalline chitosan - Applications of chitosan in textile printing - Permanent modification of fibrous materials with biopolymers - Ion exchanger from chitosan - Chitosan in waste water treatment - The immobilization of tyrosinase on chitin and chitosan and its possible use in wastewater treatment - Utilization of modified chitosan in aqueous system treatment Biomaterials Chemical and preclinical studies on 6-oxychitin - Diverse biological effects of fungal chitin-glucan complex - Effect of concentration of neutralizing agent on chitosan membrane properties - Preliminary investigation of the compatibility of a chitosan-based peritoneal dialysis solution - Influence of chitosan on the growth of several cellular lines - A new chitosan containing phosphonic group with chelating properties - Biocompatibility of chitin materials using cell culture method Oral Administration of Chitosan Recent results in the oral administration of chitosan - Reduction of absorption of dietary lipids and cholesterol by chitosan, its derivatives and special formulations - Chitosan in weight reduction: results from a large scale consumer study - Conformation of chitosan ascorbic acid salt - Trimethylated chitosans as safe absorption enhancers for transmucosal delivery of peptide drugs - Chitosan derivates as intestinal penetration enhancers of the peptide drug buserelin in vivo and in vitro - Chitosan microparticles for oral vaccination: optimization and characterization - Effect of chitosan in enhancing drug delivery across buccal mucosa - Influence of chitosans on permeability of human intestinal epithelial (Caco-2) cells: The effect of molecular weight, degree of deacetylation and exposure time - Oral polymeric N-acetyl-D-glucosamine as potential treatment for patients with osteoarthritis - Clinicoimmunological efficiency of the chitin-containing drug Mycoton in complex treatment of a chronic hepatitis - Interactions of chitin, chitosan, N-laurylchitosan, and N-dimethylaminopropyl chitosan with olive oil - The chitin-containing preparation Mycoton in a pediatric gastroenterology case - Antifungal activity and release behaviour of cross-linked chitosan films incorporated with chlorhexidine gluconate - Release of N-acetyl-D-glucosamine from chitosan in saliva - Physical and Physicochemical Properties Recent approach of metal binding by chitosan and derivatives - As(V) sorption on molybdate-impregnated chitosan gel beads (MICB) - Influence of medium pH on the biosorption of heavy metals by chitin-containing sorbent Mycoton - Comparative studies on molecular chain parameters of polyelectrolyte chains: the stiffness parameter B and temperature coefficient of intrinsic viscosity of chitosans and poly(diallyldimethylammonium chloride) - Crystalline behavior of chitosan - The relationship between the crystallinity and degree of deacetylation of chitin from crab shell - Reversible water-swellable chitin gel: modulation of swellability - Syneresis aspects of chitosan based gel systems - In situ chitosan gelation using the enzyme tyrosinase - Preparation and characterization of controlling pore size chitosan membranes - Fabrication of porous chitin matrices - Changes of polydispersity and limited molecular weight of ultrasonic treated chitosan - A statistical evaluation of IR spectroscopic methods to determine the degree of acetylation of ?-chitin and chitosan - Products of alkaline hydrolysis of dibutyrylchitin: chemical composition and DSC investigation - Chitosan emulsification properties Chemistry of Chitin and Chitosan Chemically modified chitinous materials: preparation and properties - Progress on the modification of chitosan - The graft copolymerization of chitosan with methyl acrylate using an organohalide-manganese carbonyl coinitiator system - Grafting of 4-vinylpyridine, maleic acid and maleic anhydride onto chitin and chitosan - Peptide synthesis on chitosan/chitin - Graft copolymerization of methyl methacrylate onto mercapto-chitin - Thermal depolymerization of chitosan salts - Radiolysis and sonolysis of chitosan - two convenient techniques for a controlled reduction of molecular weight - Thermal and UV degradation of chitosan - Heat-induced physicochemical changes in highly deacetylated chitosan - Chitosan fiber and its chemical N-modification at the fiber state for use as functional materials - Preparation of a fiber reactive chitosan derivative with enhanced microbial activity - Chromatographic separation of rare earths with complexane types of chemically modified chitosan - The effects of detergents on chitosan - Chitosan-alginate PEC films prepared from chitosan of different molecular weights - Enzymology of Chitin and Chitosan Biosynthesis and Degradation Enzymes of chitin metabolism for the design of antifungals - Enzymatic degradation of chitin by microorganisms - Kinetic behaviours of chitinase isozymes - An acidic chitinase from gizzards of broiler (Gallus gallus L.) - On the contribution of conserved acidic residues to catalytic activity of chitinase B from Serratia marcescens - Detection, isolation and preliminary characterisation of a new hyperthermophilic chitinase from the anaerobic archaebacterium Thermococcus chitonophagus - Biochemical and genetic engineering studies on chitinase A from Serratia marcescens - Induction of chitinase production by Serratia marcescens, using a synthetic N-acetylglucosamine derivative - Libraries of chito-oligosaccharides of mixed acetylation patterns and their interactions with chitinases - Approaches towards the design of new chitinase inhibitors - Allosamidin inhibits the fragmentation and autolysis of Penicillium chrysogenum - cDNA encoding chitinase in the midge, Chironomus tentans - Extraction and purification of chitosanase from Bacillus cereus - Substrate binding mechanism of chitosanase from Streptomyces sp. N174 - Chitosanase-catalyzed hydrolysis of 4-methylumbelliferyl ?-chitotrioside - A rust fungus turns chitin into chitosan upon plant tissue colonization to evade recognition by the host - Antibiotic kanosamine is an inhibitor of chitin biosynthesis in fungi - PCR amplification of chitin deacetylase genes - Amplification of antifungal effect of GlcN-6-P synthase and chitin synthase inhibitors - ?-N-Acetylhexosaminidases: two enzyme families, two mechanisms - Purification and characterisation of chitin deacetylase from Absidia orchidis - Effect of aluminium ion on hydrolysis reaction of carboxymethyl- and dihydroxypropyl-chitin with lysozyme - Structure and function relatioship of human N-acetyl-D-glucosamine 2-epimerase (renin binding protein) - Identification of active site residue(s)
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-45492
SN  - 978-3-980649-45-2
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Li, Zhonghao
A1  - Taubert, Andreas
T1  - Cellulose/gold nanocrystal hybrids via an ionic liquid/aqueous precipitation route
N2  - Injection of a mixture of HAuCl4 and cellulose dissolved in the ionic liquid (IL) 1-butyl-3-methylimidazolium chloride [Bmim]Cl into aqueous NaBH4 leads to colloidal gold nanoparticle/cellulose hybrid precipitates. This process is a model example for a very simple and generic approach towards (noble) metal/cellulose hybrids, which could find applications in sensing, sterile filtration, or as biomaterials.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 135 
KW  - Cellulose
KW  - Gold nanoparticles
KW  - Ionic liquid
KW  - Precipitation
KW  - Hybrid material
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-45046
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Peter, Martin G.
A1  - Yenesew, Abiy
A1  - Twinomuhwezi, Hannington
A1  - Kabaru, Jacques M.
A1  - Akala, Hoseah M.
A1  - Kiremire, Bernard T.
A1  - Heydenreich, Matthias
A1  - Eyase, Fredrick
A1  - Waters, Norman C.
A1  - Walsh, Douglas S.
T1  - Antiplasmodial and larvicidal flavonoids from Derris trifoliata
N2  - From the dichloromethane-methanol (1:1) extract of the seed pods of Derris trifoliata, a new flavanone derivative (S)-lupinifolin 4´-methyl ether was isolated. In addition, the known flavonoids lupinifolin and rotenone were identified. The structures were determined on the basis of spectroscopic evidence. Lupinfolin showed moderate in vitro antiplasmodial activity against the D6 (chloroquine-sensitive) and W2 (chloroquineresistant) strains of Plasmodium falciparum. The different parts of this plant showed larvicidal activities against Aedes aegypti and rotenoids were identified as the active principles.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 121 
KW  - Derris trifoliata
KW  - Leguminosae
KW  - Flavanone
KW  - (S)-Lupinifolin 4´-methyl ether
KW  - Lupinifolin
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-44614
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Peter, Martin G.
A1  - Muiva, Lois M.
A1  - Yenesew, Abiy
A1  - Derese, Solomon
A1  - Heydenreich, Matthias
A1  - Akala, Hoseah M.
A1  - Eyase, Fredrick
A1  - Waters, Norman C.
A1  - Mutai, Charles
A1  - Keriko, Joseph M.
A1  - Walsh, Douglas S.
T1  - Antiplasmodial β-hydroxydihydrochalcone from seedpods of Tephrosia elata
N2  - From the seedpods of Tephrosia elata, a new β-hydroxydihydrochalcone named (S)-elatadihydrochalcone was isolated. In addition, the known flavonoids obovatachalcone, obovatin, obovatin methyl ether and deguelin were identified. The structures were determined on the basis of spectroscopic evidence. The crude extract and the flavonoids obtained from the seedpods of this plant showed antiplasmodial activities. The literature NMR data on β-hydroxydihydrochalcones is reviewed and the identity of some of the compounds assigned β-hydroxydihydrochalcone skeleton is questioned.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 118 
KW  - Tephrosia elata
KW  - Leguminosae
KW  - Seedpods
KW  - (S)-Elatadihydrochalcone
KW  - β-Hydroxydihydrochalcone
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-44437
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dokić, Jadranka
T1  - Quantum mechanical study of molecular switches : electronic structure, kinetics and dynamical aspects
T1  - Quantenmechanische Studie von molekularen Schaltern : Elektronische Struktur, Kinetik und dynamische Aspekte
N2  - Molecular photoswitches are attracting much attention lately mostly because of their possible applications in nano technology, and their role in biology. One of the widely studied representatives of photochromic molecules is azobenzene (AB). With light, by a static electric field, or with tunneling electrons this specie can be "switched" from the flat and energetically more stable trans form, into the compact cis form. The back reaction can be induced optically or thermally. Quantum chemical calculations, mostly based on density functional theory, on the AB molecule, AB derivatives and related systems are presented. All the calculations were done for isolated species, however, with implications for latest experimental results aiming at the switching of surface mounted ABs. In some of these experiments, it is assumed that the switching process is substrate mediated, by attaching an electron or a hole to the adsorbate forming short-lived anion or cation resonances. Therefore, we calculated also cationic and anionic ABs in this work. An influence of external electric fields on the potential energy surfaces, was also studied. Further, by the type, number and positioning of various substituent groups, systematic changes on activation energies and rates for the thermal cis-to-trans isomerization can be enforced. The nature of the transition state for ground state isomerization was investigated. Applying Eyring's transition state theory, trends in activation energies and rates were predicted and are, where a comparison was possible, in good agreement with experimental data. Further, thermal isomerization was studied in solution, for which a polarizable continuum model was employed. The influence of substitution and an environment leaves its traces on structural properties of molecules and quantitative appearance of calculated UV/Vis spectra, as well. Finally, an explicit treatment of a solid substrate was demonstrated for the conformational switching, by scanning tunneling microscope, of a 1,5-cyclooctadiene (COD) molecule at a Si(001) surface, treated by a cluster model. At first, we studied energetics and potential energy surfaces along relevant switching coordinates by quantum chemical calculations, followed by the switching dynamics using wave packet methods. We show that, in spite the simplicity of the model, our calculations support the switching of adsorbed COD, by inelastic electron tunneling at low temperatures.
N2  - Um den technologischen Fortschritt zu gewährleisten, ist man in vielen technischen Gebieten auf der Suche nach neuen und leistungsfähigeren Materialien. In der Computer- und Informationstechnologie folgte daraus die stetige Miniaturisierung von Bauelementen. Molekulare Photoschalter sind häufig an biologischen Prozessen beteiligt und äußerst vielversprechend, auf diesem Gebiet Anwendung zu finden. Ein sehr umfangreich studiertes photochromes Molekül ist Azobenzol (AB). Diese Spezien können durch Licht, statische elektrische Felder oder elektronisches Tunneln von der energetisch stabilen trans Form zur geometrisch kompakten cis Form "geschaltet" werden. Die Rückreaktion kann optisch oder thermisch erfolgen. In dieser Arbeit werden vorwiegend auf der Dichtefunktionaltheorie beruhende quantenchemische Rechnungen von AB, AB-Derivaten und verwandten Systemen vorgestellt. Alle Rechnungen betrachten isolierte Moleküle, werden jedoch in Zusammenhang mit neuesten experimentellen Ergebnissen zu oberflächengebundenen AB-Schaltern gestellt. In einigen dieser Experimente wird angenommen, dass der Schaltprozess substratvermittelt erfolgt, indem dem Adsorbat ein Elektron zugeführt oder entzogen und so eine kurzlebige anionische oder kationische Resonanz erzeugt wird. Daher werden sowohl ionische AB berechnet als auch der Einfluss eines externen elektrischen Feldes auf die Potentialhyperfläche studiert. Weiterhin können Aktivierungsenergie und Reaktionsrate der thermischen cis-trans-Isomerisierung durch Art, Anzahl und Position verschiedener Substituenten variieren. Die Natur des Übergangszustandes wird daher intensiv erforscht. Mit Hilfe der Theorie des Übergangszustandes nach Eyring werden Reaktionsraten prognostiziert, welche gut mit experimentellen Daten übereinstimmen. Daneben wird die thermische Isomerisierung in einem Lösungsmittel unter Verwendung des polarizable continuum model untersucht, da der Einfluss des Substituenten und die Anwesenheit einer Umgebung zu Veränderungen der strukturellen Eigenschaften der Moleküle und dem quantitativen Verlauf der berechneten UV/Vis-Spektren führen. Abschließend wird unter expliziter Einbeziehung eines festen Substrates das elektronisch getriebene konformale Schalten von 1,5-Cyclooctadien (COD) an einer Si(001)-Oberfläche demonstriert. Zunächst wird die Energetik und die Potentialhyperfläche entlang der relevanten Schaltkoordinaten durch quantenchemische Rechnungen ermittelt und das Schaltverhalten durch Wellenpaketmethoden beschrieben. Trotz der Einfachheit wird gezeigt, dass ein derartiges Modell das elektronische Schalten von adsorbiertem COD bei niedrigen Temperaturen gut beschreibt.
KW  - molekulare Schalter
KW  - Azobenzene
KW  - molecular switches
KW  - azobenzene
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41796
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bojdys, Michael Janus
T1  - On new allotropes and nanostructures of carbon nitrides
T1  - Über neue Allotrope und Nanostrukturen von Karbonitriden
N2  - In the first section of the thesis graphitic carbon nitride was for the first time synthesised using the high-temperature condensation of dicyandiamide (DCDA) – a simple molecular precursor – in a eutectic salt melt of lithium chloride and potassium chloride. The extent of condensation, namely next to complete conversion of all reactive end groups, was verified by elemental microanalysis and vibrational spectroscopy. TEM- and SEM-measurements gave detailed insight into the well-defined morphology of these organic crystals, which are not based on 0D or 1D constituents like known molecular or short-chain polymeric crystals but on the packing motif of extended 2D frameworks. The proposed crystal structure of this g-C3N4 species was derived in analogy to graphite by means of extensive powder XRD studies, indexing and refinement. It is based on sheets of hexagonally arranged s-heptazine (C6N7) units that are held together by covalent bonds between C and N atoms. These sheets stack in a graphitic, staggered fashion adopting an AB-motif, as corroborated by powder X-ray diffractometry and high-resolution transmission electron microscopy. This study was contrasted with one of many popular – yet unsuccessful – approaches in the last 30 years of scientific literature to perform the condensation of an extended carbon nitride species through synthesis in the bulk. The second section expands the repertoire of available salt melts introducing the lithium bromide and potassium bromide eutectic as an excellent medium to obtain a new phase of graphitic carbon nitride. The combination of SEM, TEM, PXRD and electron diffraction reveals that the new graphitic carbon nitride phase stacks in an ABA’ motif forming unprecedentedly large crystals. This section seizes the notion of the preceding chapter, that condensation in a eutectic salt melt is the key to obtain a high degree of conversion mainly through a solvatory effect. At the close of this chapter ionothermal synthesis is seen established as a powerful tool to overcome the inherent kinetic problems of solid state reactions such as incomplete polymerisation and condensation in the bulk especially when the temperature requirement of the reaction in question falls into the proverbial “no man’s land” of classical solvents, i.e. above 250 to 300 °C. The following section puts the claim to the test, that the crystalline carbon nitrides obtained from a salt melt are indeed graphitic. A typical property of graphite – namely the accessibility of its interplanar space for guest molecules – is transferred to the graphitic carbon nitride system. Metallic potassium and graphitic carbon nitride are converted to give the potassium intercalation compound, K(C6N8)3 designated according to its stoichiometry and proposed crystal structure. Reaction of the intercalate with aqueous solvents triggers the exfoliation of the graphitic carbon nitride material and – for the first time – enables the access of singular (or multiple) carbon nitride sheets analogous to graphene as seen in the formation of sheets, bundles and scrolls of carbon nitride in TEM imaging. The thus exfoliated sheets form a stable, strongly fluorescent solution in aqueous media, which shows no sign in UV/Vis spectroscopy that the aromaticity of individual sheets was subject to degradation. The final section expands on the mechanism underlying the formation of graphitic carbon nitride by literally expanding the distance between the covalently linked heptazine units which constitute these materials. A close examination of all proposed reaction mechanisms to-date in the light of exhaustive DSC/MS experiments highlights the possibility that the heptazine unit can be formed from smaller molecules, even if some of the designated leaving groups (such as ammonia) are substituted by an element, R, which later on remains linked to the nascent heptazine. Furthermore, it is suggested that the key functional groups in the process are the triazine- (Tz) and the carbonitrile- (CN) group. On the basis of these assumptions, molecular precursors are tailored which encompass all necessary functional groups to form a central heptazine unit of threefold, planar symmetry and then still retain outward functionalities for self-propagated condensation in all three directions. Two model systems based on a para-aryl (ArCNTz) and para-biphenyl (BiPhCNTz) precursors are devised via a facile synthetic procedure and then condensed in an ionothermal process to yield the heptazine based frameworks, HBF-1 and HBF-2. Due to the structural motifs of their molecular precursors, individual sheets of HBF-1 and HBF-2 span cavities of 14.2 Å and 23.0 Å respectively which makes both materials attractive as potential organic zeolites. Crystallographic analysis confirms the formation of ABA’ layered, graphitic systems, and the extent of condensation is confirmed as next-to-perfect by elemental analysis and vibrational spectroscopy.
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung neuer Allotropen und Nanostrukturen von Karbonitriden und berührt einige ihrer möglichen Anwendungen. Alle gezeigten, ausgedehnten, kovalent verbundenen Karbonitridgerüste wurden in einem ionothermalen Syntheseprozess – einer Hochtemperaturbehandlung in einem eutektischen Salzgemisch als ungewöhnlichem Lösungsmittel – aus einfachen Präkursormolkülen erzeugt. Der Kondensationsmechanismus folgt einer temperaturinduzierten Deaminierung und Bildung einer ausgedehnten, aromatischen Einheit; des dreifach substituierten Heptazines. Die Dissertation folgt vier übergreifenden Themen, beginnend mit der Einleitung in Karbonitridsysteme und der Suche nach einem Material, welches einzig aus Kohlenstoff und Stickstoff aufgebaut ist – einer Suche, die 1834 mit den Beobachtungen Justus von Liebigs „über einige Stickstoffverbindungen“ begann. Der erste Abschnitt zeigt die erfolgreiche Synthese von graphitischem Karbonitrid (g-C3N4); einer Spezies, welche auf Schichten hexagonal angeordneter s-Heptazineinheiten beruht, die durch kovalente Bindungen zwischen C- und N-Atomen zusammengehalten werden, und welche in einer graphitischen, verschobenen Art und Weise gestapelt sind. Der zweite Abschnitt berührt die Vielfalt von Salzschmelzensystemen, die für die Ionothermalsynthese geeignet sind und zeigt auf, dass die bloße Veränderung der Salzschmelze eine andere Kristallphase des graphitischen Karbonitrides ergibt – das g-C3N4-mod2. Im dritten Abschnitt wird vom Graphit bekannte Interkallationschemie auf das g-C3N4 angewendet, um eine Kalliuminterkallationsverbindung des graphitischen Karbonitirdes zu erhalten (K(C6N8)3). Diese Verbindung kann in Analogie zum graphitischen System leicht exfoliiert werden, um Bündel von Karbonitridnanoschichten zu erhalten, und weist darüberhinaus interessante optische Eigenschaften auf. Der vierte und letzte Abschnitt handelt von der Einführung von Aryl- und Biphenylbrücken in das Karbonitridmaterial durch rationale Synthese der Präkursormoleküle. Diese ergeben die heptazinbasierten Frameworks, HBF-1 und HBF-2 – zwei kovalente, organische Gerüste.
KW  - kovalente Rahmenbedingungen
KW  - mehrschichtige Verbindungen
KW  - Triazin
KW  - Heptazine
KW  - Karbonnitrid Ionothermalsynthese
KW  - Salzschmelze
KW  - covalent frameworks
KW  - layered compounds
KW  - triazine
KW  - heptazine
KW  - carbon nitride
KW  - ionothermal synthesis
KW  - salt melt
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41236
ER  - 
TY  - THES
A1  - Karabudak, Engin
T1  - Development of MWL-AUC / CCD-C-AUC / SLS-AUC detectors for the analytical ultracentrifuge
T1  - Entwicklung von MWL-AUC / CCD-C-AUC / SLS-AUC-Detektoren für die analytische Ultrazentrifuge
N2  - Analytical ultracentrifugation (AUC) has made an important contribution to polymer and particle characterization since its invention by Svedberg (Svedberg and Nichols 1923; Svedberg and Pederson 1940) in 1923. In 1926, Svedberg won the Nobel price for his scientific work on disperse systems including work with AUC. The first important discovery performed with AUC was to show the existence of macromolecules. Since that time AUC has become an important tool to study polymers in biophysics and biochemistry. AUC is an absolute technique that does not need any standard. Molar masses between 200 and 1014 g/mol and particle size between 1 and 5000 nm can be detected by AUC. Sample can be fractionated into its components due to its molar mass, particle size, structure or density without any stationary phase requirement as it is the case in chromatographic techniques. This very property of AUC earns it an important status in the analysis of polymers and particles. The distribution of molar mass, particle sizes and densities can be measured with the fractionation. Different types of experiments can give complementary physicochemical parameters. For example, sedimentation equilibrium experiments can lead to the study of pure thermodynamics. For complex mixtures, AUC is the main method that can analyze the system. Interactions between molecules can be studied at different concentrations without destroying the chemical equilibrium (Kim et al. 1977). Biologically relevant weak interactions can also be monitored (K ≈ 10-100 M-1). An analytical ultracentrifuge experiment can yield the following information: • Molecular weight of the sample • Number of the components in the sample if the sample is not a single component • Homogeneity of the sample • Molecular weight distribution if the sample is not a single component • Size and shape of macromolecules & particles • Aggregation & interaction of macromolecules • Conformational changes of macromolecules • Sedimentation coefficient and density distribution Such an extremely wide application area of AUC allows the investigation of all samples consisting of a solvent and a dispersed or dissolved substance including gels, micro gels, dispersions, emulsions and solutions. Another fact is that solvent or pH limitation does not exist for this method. A lot of new application areas are still flourishing, although the technique is 80 years old. In 1970s, 1500 AUC were operational throughout the world. At those times, due to the limitation in detection technologies, experimental results were obtained with photographic records. As time passed, faster techniques such as size exclusion chromatography (SEC), light scattering (LS) or SDS-gel electrophoresis occupied the same research fields with AUC. Due to these relatively new techniques, AUC began to loose its importance. In the 1980s, only a few AUC were in use throughout the world. In the beginning of the 1990s a modern AUC -the Optima XL-A - was released by Beckman Instruments (Giebeler 1992). The Optima XL-A was equipped with a modern computerized scanning absorption detector. The addition of Rayleigh Interference Optics is introduced which is called XL-I AUC. Furthermore, major development in computers made the analysis easier with the help of new analysis software. Today, about 400 XL-I AUC exist worldwide. It is usually applied in the industry of pharmacy, biopharmacy and polymer companies as well as in academic research fields such as biochemistry, biophysics, molecular biology and material science. About 350 core scientific publications which use analytical ultracentrifugation are published every year (source: SciFinder 2008 ) with an increasing number of references (436 reference in 2008). A tremendous progress has been made in method and analysis software after digitalization of experimental data with the release of XL-I. In comparison to the previous decade, data analysis became more efficient and reliable. Today, AUC labs can routinely use sophisticated data analysis methods for determination of sedimentation coefficient distributions (Demeler and van Holde 2004; Schuck 2000; Stafford 1992), molar mass distributions (Brookes and Demeler 2008; Brookes et al. 2006; Brown and Schuck 2006), interaction constants (Cao and Demeler 2008; Schuck 1998; Stafford and Sherwood 2004), particle size distributions with Angstrom resolution (Cölfen and Pauck 1997) and the simulations determination of size and shape distributions from sedimentation velocity experiments (Brookes and Demeler 2005; Brookes et al. 2006). These methods are also available in powerful software packages that combines various methods, such as, Ultrascan (Demeler 2005), Sedift/Sedphat (Schuck 1998; Vistica et al. 2004) and Sedanal (Stafford and Sherwood 2004). All these powerful packages are free of charge. Furthermore, Ultrascans source code is licensed under the GNU Public License (http://www.gnu.org/copyleft/gpl.html). Thus, Ultrascan can be further improved by any research group. Workshops are organized to support these software packages. Despite of the tremendous developments in data analysis, hardware for the system has not developed much. Although there are various user developed detectors in research laboratories, they are not commercially available. Since 1992, only one new optical system called “the fluorescence optics” (Schmidt and Reisner, 1992, MacGregor et al. 2004, MacGregor, 2006, Laue and Kroe, in press) has been commercialized. However, except that, there has been no commercially available improvement in the optical system. The interesting fact about the current hardware of the XL-I is that it is 20 years old, although there has been an enormous development in microelectronics, software and in optical systems in the last 20 years, which could be utilized for improved detectors. As examples of user developed detector, Bhattacharyya (Bhattacharyya 2006) described a Multiwavelength-Analytical Ultracentrifuge (MWL-AUC), a Raman detector and a small angle laser light scattering detector in his PhD thesis. MWL-AUC became operational, but a very high noise level prevented to work with real samples. Tests with the Raman detector were not successful due to the low light intensity and thus high integration time is required. The small angle laser light scattering detector could only detect latex particles but failed to detect smaller particles and molecules due to low sensitivity of the detector (a photodiode was used as detector). The primary motivation of this work is to construct a detector which can measure new physico-chemical properties with AUC with a nicely fractionated sample in the cell. The final goal is to obtain a multiwavelength detector for the AUC that measures complementary quantities. Instrument development is an option for a scientist only when there is a huge potential benefit but there is no available commercial enterprise developing appropriate equipment, or if there is not enough financial support to buy it. The first case was our motivation for developing detectors for AUC. Our aim is to use today’s technological advances in microelectronics, programming, mechanics in order to develop new detectors for AUC and improve the existing MWL detector to routine operation mode. The project has multiple aspects which can be listed as mechanical, electronical, optical, software, hardware, chemical, industrial and biological. Hence, by its nature it is a multidisciplinary project. Again by its nature it contains the structural problem of its kind; the problem of determining the exact discipline to follow at each new step. It comprises the risk of becoming lost in some direction. Having that fact in mind, we have chosen the simplest possible solution to any optical, mechanical, electronic, software or hardware problem we have encountered and we have always tried to see the overall picture. In this research, we have designed CCD-C-AUC (CCD Camera UV/Vis absorption detector for AUC) and SLS-AUC (Static Light Scattering detector for AUC) and tested them. One of the SLS-AUC designs produced successful test results, but the design could not be brought to the operational stage. However, the operational state Multiwavelength Analytical Ultracentrifuge (MWL-AUC) AUC has been developed which is an important detector in the fields of chemistry, biology and industry. In this thesis, the operational state Multiwavelength Analytical Ultracentrifuge (MWL-AUC) AUC is to be introduced. Consequently, three different applications of MWL-AUC to the aforementioned disciplines shall be presented. First of all, application of MWL-AUC to a biological system which is a mixture of proteins lgG, aldolase and BSA is presented. An application of MWL-AUC to a mass-produced industrial sample (β-carotene gelatin composite particles) which is manufactured by BASF AG, is presented. Finally, it is shown how MWL-AUC will impact on nano-particle science by investigating the quantum size effect of CdTe and its growth mechanism. In this thesis, mainly the relation between new technological developments and detector development for AUC is investigated. Pioneering results are obtained that indicate the possible direction to be followed for the future of AUC. As an example, each MWL-AUC data contains thousands of wavelengths. MWL-AUC data also contains spectral information at each radial point. Data can be separated to its single wavelength files and can be analyzed classically with existing software packages. All the existing software packages including Ultrascan, Sedfit, Sedanal can analyze only single wavelength data, so new extraordinary software developments are needed. As a first attempt, Emre Brookes and Borries Demeler have developed mutliwavelength module in order to analyze the MWL-AUC data. This module analyzes each wavelength separately and independently. We appreciate Emre Brookes and Borries Demeler for their important contribution to the development of the software. Unfortunately, this module requires huge amount of computer power and does not take into account the spectral information during the analysis. New software algorithms are needed which take into account the spectral information and analyze all wavelengths accordingly. We would like also invite the programmers of Ultrascan, Sedfit, Sedanal and the other programs, to develop new algorithms in this direction.
N2  - Die analytische Chemie versucht die chemische Zusammensetzung, chemische und physikalische Eigenschaften von biologischen oder künstlichen Materialien zu bestimmen. Mit der Entwicklung deren Methoden können genauere Informationen über die Umweltverschmutzung, das Ozonloch, Proteinfunktionen und Wechselwirkungen im menschlichen Körper erlangt werden. Es sind eine Vielzahl von analytischen Techniken vorhanden, die durch Verbesserungen in der Mikroelektronik, Mechanik, Informatik und Nanotechnologie einer markanten Entwicklung unterworfen wurden. In dieser Arbeit wurde versucht die Detektionskapazität der analytischen Ultrazentrifuge zu erhöhen. Die analytische Ultrazentrifuge (AUZ) ist eine gut bekannte, sehr leistungsstarke Trennungsmethode. AUZ benutzt die Zentrifugalkraft zum Trennen von Stoffen. Die Probe kann für die Messung gelöst oder in einer Flüssigkeit dispergiert werden. Makromoleküle, Proteine und kolloidale Systeme in Lösung können in einer AUZ Zelle zwischen 1000-60000 Rotationen pro Minute zentrifugiert werden, wie beispielsweise in der kommerziellen Beckmann AUZ. Die Rotationsbeschleunigung entspricht 73-262mal der Erdschwerebeschleunigung (= 9.81 m s-2) für eine radiale Position von 6.5 Zentimeter. Diese Kraft ist der Schlüsselfaktor für die Fähigkeit der AUZ sogar kleine Moleküle und Ionen zu trennen. Die Experimente wurden bei kontrollierter Rotationsgeschwindigkeit und Temperatur ausgeführt. Drei verschiedene, neue Detektoren wurden im Rahmen dieser Arbeit konstruiert und getestet. Diese Detektoren haben die analytischen Informationen sehr verbessert. Dies wurde für Proteine, halbleitende Nanopartikel sowie auch für industrielle Produkte gezeigt.
KW  - Ultrazentrifuge
KW  - Detektorentwicklung
KW  - Multi-Wellenlängen
KW  - Nanopartikel
KW  - Open Source
KW  - ultracentrifuge
KW  - detector development
KW  - multiwavelength
KW  - nanoparticles
KW  - open source
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-39921
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bivigou Koumba, Achille Mayelle
T1  - Design, Synthesis and Characterisation of Amphiphilic Symmetrical triblock copolymers by the RAFT process : their self-organisation in dilute and concentrated aqueous solutions
T1  - Design, Synthese und Charakterisierung von amphiphilen symmetrischen Triblock-Copolymeren anhand des RAFT Prozesses : ihre Selbstorganisation in wässrigen verdünnten und höher konzentrierten Lösungen
N2  - This work presents the synthesis and the self-assembly of symmetrical amphiphilic ABA and BAB triblock copolymers in dilute, semi-concentrated and highly concentrated aqueous solution. A series of new bifunctional bistrithiocarbonates as RAFT agents was used to synthesise these triblock copolymers, which are characterised by a long hydrophilic middle block and relatively small, but strongly hydrophobic end blocks. As hydrophilic A blocks, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) and poly(methoxy diethylene glycol acrylate) (PMDEGA) were employed, while as hydrophobic B blocks, poly(4-tert-butyl styrene), polystyrene, poly(3,5-dibromo benzyl acrylate), poly(2-ethylhexyl acrylate), and poly(octadecyl acrylate) were explored as building blocks with different hydrophobicities and glass transition temperatures. The five bifunctional trithiocarbonates synthesised belong to two classes: the first are RAFT agents, which position the active group of the growing polymer chain at the outer ends of the polymer (Z-C(=S)-S-R-S-C(=S)-Z, type I). The second class places the active groups in the middle of the growing polymer chain (R-S-C(=S)-Z-C(=S)-S-R, type II). These RAFT agents enable the straightforward synthesis of amphiphilic triblock copolymers in only two steps, allowing to vary the nature of the hydrophobic blocks as well as the length of the hydrophobic and hydrophilic blocks broadly with good molar mass control and narrow polydispersities. Specific side reactions were observed among some RAFT agents including the elimination of ethylenetrithiocarbonate in the early stage of the polymerisation of styrene mediated by certain agents of the type II, while the use of the RAFT agents of type I resulted in retardation of the chain extension of PNIPAM with styrene. These results underline the need of a careful choice of RAFT agents for a given task. The various copolymers self-assemble in dilute and semi-concentrated aqueous solution into small flower-like micelles. No indication for the formation of micellar clusters was found, while only at high concentration, physical hydrogels are formed. The reversible thermoresponsive behaviour of the ABA and BAB type copolymer solutions in water with A made of PNIPAM was examined by turbidimetry and dynamic light scattering (DLS). The cloud point of the copolymers was nearly identical to the cloud point of the homopolymer and varied between 28-32 °C with concentrations from 0.01 to 50 wt%. This is attributed to the formation of micelles where the hydrophobic blocks are shielded from a direct contact with water, so that the hydrophobic interactions of the copolymers are nearly the same as for pure PNIPAM. Dynamic light scattering measurements showed the presence of small micelles at ambient temperature. The aggregate size dramatically increased above the cloud point, indicating a change of aggregate morphology into clusters due to the thermosensitivity of the PNIPAM block. The rheological behaviour of the amphiphilic BAB triblock copolymers demonstrated the formation of hydrogels at high concentrations, typically above 30-35 wt%. The minimum concentration to induce hydrogels decreased with the increasing glass transition temperatures and increasing length of the end blocks. The weak tendency to form hydrogels was attributed to a small share of bridged micelles only, due to the strong segregation regime occurring. In order to learn about the role of the nature of the thermoresponsive block for the aggregation, a new BAB triblock copolymer consisting of short polystyrene end blocks and PMDEGA as stimuli-responsive middle block was prepared and investigated. Contrary to PNIPAM, dilute aqueous solutions of PMDEGA and of its block copolymers showed reversible phase transition temperatures characterised by a strong dependence on the polymer composition. Moreover, the PMDEGA block copolymer allowed the formation of physical hydrogels at lower concentration, i.e. from 20 wt%. This result suggests that PMDEGA has a higher degree of water-swellability than PNIPAM.
N2  - Die Arbeit behandelt die Synthese und das Selbstorganisationsverhalten von neuen funktionellen symmetrischen "stimuli-responsiven" Triblockcopolymeren ABA und BAB in wässrigen verdünnten und höher konzentrierten Lösungen. Neue symmetrische, bifunktionelle Bistrithiocarbonate wurden als RAFT-Agentien benutzt, um Triblockcopolymere mit langen hydrophilen (A) Innen- und kurzen hydrophoben (B) Außenblöcken zu synthetisieren. Als hydrophile A Blöcke wurden Poly(N-isopropylacrylamid) PNIPAM und Poly(methoxy diethylene glykol acrylat) PMDEGA benutzt, während als hydrophobe Blöcke B Poly(4-tert-butyl styrol), Polystyrol, Poly(3,5-dibromo benzyl acrylat), Poly(2-ethylhexyl acrylat), und Poly(octadecyl acrylat) als Bausteine mit unterschiedlicher Glasübergangstemperatur untersucht wurden. Die Selbstorganisation von ABA und BAB Copolymeren in Wasser mit A Blöcken aus PNIPAM wurde anhand von Trübungsphotometrie, dynamischer Lichtstreuung (DLS) und Rheologie untersucht. Die amphiphilen Blockcopolymere sind direkt wasserlöslich. Bei Konzentrationen von 0.01 bis 50 wt% zeigen Trübungsmessungen bei den Blockcopolymeren wie bei den Homopolymeren eine Übergangstemperatur bei 28-32 °C. Zurückzuführen ist dies auf die Bildung von Mizellen, bei der die hydrophoben Blöcke von einem direkten Kontakt mit Wasser abgeschirmt werden. DLS zeigt kleine Mizellen bei niedrigen Temperaturen und Aggregate mit großem hydrodynamischem Durchmesser bei Temperaturen oberhalb der Übergangstemperatur. Die rheologische Untersuchung von BAB Polymeren zeigt die Bildung von Hydrogelen bei höheren Konzentrationen (über 30-35 wt%). Die minimal benötigte Konzentration, bei der die von Hydrogelen auftreten, nimmt mit wachsender Glasübergangstemperatur ab, und nimmt mit der Länge der hydrophoben Blöcke B zu. Im Unterschied zu PNIPAM zeigen wässrige Lösungen von PMDEGA und seinen Blockcopolymeren reversible Übergangstemperaturen abhängig von der chemischen Struktur. Außerdem bilden PMDEGA Blockcopolymere Hydrogele bei niedriger Konzentration (ab 20 wt%). Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass PMDEGA stärker Wasser bindet als PNIPAM.
KW  - Design
KW  - Synthese
KW  - Charakterisierung
KW  - Triblock-Copolymere
KW  - RAFT
KW  - Design
KW  - Synthesis
KW  - Characterisation
KW  - Triblock Copolymers
KW  - RAFT
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-39549
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hahn, Harald
T1  - Modularer Ansatz zu multifunktionellen Polymer-Peptid-Fasern
T1  - Modular strategy to multifunctional polymer-peptide-fibers
N2  - Die Kombination von Polymeren mit Peptiden vereint die Eigenschaften beider Stoffklassen miteinander. Dabei können die strukturbildenden Eigenschaften der Peptide genutzt werden, um Polymere zu organisieren. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Polymer-Peptid-Konjugat verwendet, das sich in Wasser zu Bändern anordnet. Die treibende Kraft für diesen Prozess ist die Anordnung des Peptidteils zu β-Faltblattstrukturen. Das Polymer-Peptid-Aggregat besitzt einen Peptidkern mit funktionalen Oberflächen, der lateral von einer Polyethylenoxidschale umgeben ist. Durch Änderung der Peptidsequenz war es bisher möglich, die Eigenschaften dieser Fasern zu variieren. In der Arbeit wird ein modularer Ansatz zur vielfältigen Modifizierung einer Polymer-Peptid-Faser entwickelt. So ist es möglich, die Eigenschaften der Fasern einzustellen, ohne die strukturbildende β-Faltblattsequenz verändern zu müssen. Um weitere Funktionen an den Fasern anzubringen, wurde die 1,3-dipolaren Addition verwendet. Diese Reaktion beschreibt die konzertierte Umlagerung eines Azides mit einem Alkin. Sie ist in den meisten Lösungsmitteln unter hohen Ausbeuten durchführbar. Im Rahmen der Arbeit wird die Erzeugung von Aziden untersucht und auf die Polymer-Peptid-Fasern übertragen. Der Diazotransfer stellte dabei die Methode der Wahl dar, so können Azidgruppen aus Aminen gewonnen werden. Unter Verwendung der 1,3-dipolaren Addition konnten verschiedene alkinfunktionale Moleküle kovalent an die azidfunktionalisierten Polymer-Peptid-Fasern gebunden werden. So wurde ein Fluoreszenzfarbstoff an die Fasern gebunden, der eine Abbildung der Fasern mittels konfokaler Mikroskopie erlaubte. Weiterhin wurden die Eigenschaften der Fasern durch Addition dreier carboxylfunktionaler Moleküle modifiziert. Diese Fasern konnten weiter genutzt werden, um Kalzium zu binden. Dabei variierte die Anzahl der gebundenen Kalziumionen in Abhängigkeit der jeweiligen Fasermodifikation erheblich. Weitere Untersuchungen, die Morphologie von Kalziumcarbonatkristallen betreffend, werden aktuell durchgeführt. Die kovalente Anbringung eines reduzierenden Zuckers an die Polymer-Peptid-Fasern erlaubt die Abscheidung von Silber aus Tollens Reagenz. Durch eine Entwicklung analog zur Schwarz-Weiss-Photographie können in nachfolgenden Arbeiten so Silberdrähte in Nanogröße erzeugt werden. An die azidfunktionalen Fasern können weitere funktionale Moleküle angebracht werden, um die Eigenschaften und das Anwendungsspektrum der Polymer-Peptid-Fasern zu erweitern.
N2  - The combination of polymer with peptides combines the advantages of both substance classes. It is possible to use peptide structure-forming properties to assemble polymers. In my current research, a self assembling Polymer-Peptide-Conjugate was used, which forms ribbon-like structures in water. The peptide tendency to form β-sheets is the driving force for this process. The resulting Polymer-Peptide-Aggregate is build up of a core shell model, where the peptides are the core and the polymer (polyethylene oxide) is the lateral suited shell. A new peptide synthesis was necessary in order to change the functional groups in the peptide core. In my present work a modular strategy was developed to get access to various types of modified Polymer-Peptide-Fiber. This allows adjustiment to the fiber properties without changing the structure forming b‑sheet sequence. To apply these functions, 1,3‑dipolar addition was used. This reaction described the simultaneous reactions of alkynes and azides. The reaction occurs in most solvents under high yields. In the context of this work, the generation of azides was investigated and transferred to the Polymer-Peptide-Fibers. Diazotransfer was the chosen method to transfer primary amines into azidefunctions at the fiber surface. With the use of 1,3‑dipolar addition it was possible to bind alkyne functionalized molecules covalent to the azide functionalized fibers. A fluorescent dye was bound to the fibers to image these fibers with confocal microscopy. The properties of the azide fibers were further modified to incorporation three different carboxylic molecules. These fibers were used to estimate the calcium binding affinity. Thus, differing the number of bonded calcium is a function of the used fiber attachment. Investigations concerning the morphology of Calcium carbonate crystals can be done. The covalent attachment of reducing sugar to the Polymer-Peptide-Fibers should will allow the production of silver(0)clusters along the fibers with the use of Tollens´ reagent. With the help of a developer solution, similar to black and white photography, the possibility to archive silverrods in nanometer size can be obtained. The applied modifications on fibers is hence a promising first step in altering fibers in which by adjusting its properties, we broaden the applications of these Polymer-Peptide-Fibers.
KW  - Polymer
KW  - Peptide
KW  - selbstanordnend
KW  - Klick Chemie
KW  - Dizotransfer
KW  - polymer
KW  - peptide
KW  - selfassembling
KW  - click chemistry
KW  - diazotransfer
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-33016
ER  - 
TY  - THES
A1  - Skrabania, Katja
T1  - The multifarious self-assembly of triblock copolymers : from multi-responsive polymers and multi-compartment micelles
T1  - Die Vielfalt der Selbstorganisation von Triblockcopolymeren : von mehrfach schaltbaren Polymeren und Multi-Kompartiment Mizellen
N2  - New ABC triblock copolymers were synthesized by controlled free-radical polymerization via Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer (RAFT). Compared to amphiphilic diblock copolymers, the prepared materials formed more complex self-assembled structures in water due to three different functional units. Two strategies were followed: The first approach relied on double-thermoresponsive triblock copolymers exhibiting Lower Critical Solution Temperature (LCST) behavior in water. While the first phase transition triggers the self-assembly of triblock copolymers upon heating, the second one allows to modify the self-assembled state. The stepwise self-assembly was followed by turbidimetry, dynamic light scattering (DLS) and 1H NMR spectroscopy as these methods reflect the behavior on the macroscopic, mesoscopic and molecular scale. Although the first phase transition could be easily monitored due to the onset of self-assembly, it was difficult to identify the second phase transition unambiguously as the changes are either marginal or coincide with the slow response of the self-assembled system to relatively fast changes of temperature. The second approach towards advanced polymeric micelles exploited the thermodynamic incompatibility of “triphilic” block copolymers – namely polymers bearing a hydrophilic, a lipophilic and a fluorophilic block – as the driving force for self-assembly in water. The self-assembly of these polymers in water produced polymeric micelles comprising a hydrophilic corona and a microphase-separated micellar core with lipophilic and fluorophilic domains – so called multi-compartment micelles. The association of triblock copolymers in water was studied by 1H NMR spectroscopy, DLS and cryogenic transmission electron microscopy (cryo-TEM). Direct imaging of the polymeric micelles in solution by cryo-TEM revealed different morphologies depending on the block sequence and the preparation conditions. While polymers with the sequence hydrophilic-lipophilic-fluorophilic built core-shell-corona micelles with the core being the fluorinated compartment, block copolymers with the hydrophilic block in the middle formed spherical micelles where single or multiple fluorinated domains “float” as disks on the surface of the lipophilic core. Increasing the temperature during micelle preparation or annealing of the aqueous solutions after preparation at higher temperatures induced occasionally a change of the micelle morphology or the particle size distribution. By RAFT polymerization not only the desired polymeric architectures could be realized, but the technique provided in addition a precious tool for molar mass characterization. The thiocarbonylthio moieties, which are present at the chain ends of polymers prepared by RAFT, absorb light in the UV and visible range and were employed for end-group analysis by UV-vis spectroscopy. A variety of dithiobenzoate and trithiocarbonate RAFT agents with differently substituted initiating R groups were synthesized. The investigation of their absorption characteristics showed that the intensity of the absorptions depends sensitively on the substitution pattern next to the thiocarbonylthio moiety and on the solvent polarity. According to these results, the conditions for a reliable and convenient end-group analysis by UV-vis spectroscopy were optimized. As end-group analysis by UV-vis spectroscopy is insensitive to the potential association of polymers in solution, it was advantageously exploited for the molar mass characterization of the prepared amphiphilic block copolymers.
N2  - Die Arbeit widmet sich der Synthese von neuen amphiphilen ternären "ABC" Block-Copolymeren und der Untersuchung ihrer Selbstorganisation zu mizellaren Überstrukturen in wässriger Lösung. Die Block-Copolymere wurden durch kontrollierte radikalische Polymerisation mittels des sogenannten „RAFT“ Prozesses (radical addition fragmentation chain transfer) hergestellt. Neben der Realisierung der gewünschten Polymerarchitekturen erlaubte es die Methode, die Molmassen der Polymere durch Endgruppenanalyse zu bestimmen. Die Kettenenden der Polymere tragen infolge des Polymerisationsmechanismus’ definierte Funktionalitäten, welche UV- und sichtbares Licht absorbieren und somit durch UV-vis-Spektroskopie quantifizierbar sind. Das Absorptionsverhalten der Endgruppen wurde untersucht und die UV-vis-Endgruppenanalyse optimiert. Es zeigte sich, dass die Vorteile der Methode ihre generelle Anwendbarkeit und ihre Unempfindlichkeit gegenüber der Assoziation von Polymeren in Lösung sind. Aufgrund ihrer drei unterschiedlichen Blöcke bilden die synthetisierten ABC Triblockcopolymere komplexere selbstorganisierte Strukturen als die bisher üblichen Diblockcopolymere. Die Triebkraft für ihre Selbstorganisation in wässriger Lösung ist im wesentlichen der hydrophobe Effekt. Es wurden zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt: Zum einen wurden doppelt-schaltbare Triblockcopolymere hergestellt, von denen ein Block permanent wasserlöslich ist, während die anderen Blöcke jeweils eine untere Entmischungstemperatur in wässriger Lösung aufweisen. Diese Blöcke „schalten“ beim Erwärmen von hydrophil auf hydrophob. Oberhalb des ersten Phasenübergangs - bei der niedrigeren Entmischungstemperatur - assoziieren die Makromoleküle und bilden Polymermizellen im Nanometerbereich. Beim weiteren Erwärmen „schaltet“ auch der zweite Block und modifiziert den selbstorganisierten Zustand, während der permanent wasserlösliche Block für die Stabilisierung der Aggregate sorgt. Die Assoziation der Block-Copolymere ist nach Abkühlen der wässrigen Lösung vollständig reversibel. Die stufenweise Selbstorganisation wurde mit Hilfe von Turbidimetrie, Dynamischer Lichtstreuung (DLS) und 1H-NMR-Spektroskopie untersucht, da diese Methoden das Verhalten auf der makroskopischen, mesoskopischen und molekularen Skala widerspiegeln. Obwohl der einsetzende Selbstorganisationsprozess problemlos zu detektieren war, konnten die Veränderungen infolge des zweiten Phasenübergang nicht immer eindeutig identifiziert werden, da sie zum Teil mit der langsamen Reaktion des Systems auf relativ schnelle Temperaturänderungen zusammenfielen. Außerdem hängt die Aggregatbildung nicht nur sensibel von der detaillierten Polymerarchitektur ab, sondern unterliegt auch teilweise einer kinetischen Kontrolle. Der zweite Ansatz zu komplexeren Polymermizellen basierte auf der Inkompatibilität „triphiler“ Blockcopolymere als Triebkraft für die Selbstorganisation. Das heißt, die Block-Copolymere bestehen aus einem hydrophilen, einen lipophilen und einen fluorophilen (Fluorkohlenwasserstoff-liebenden) Teil, die jeweils miteinander unverträglich sind. Die Polymere assoziierten in Wasser zu Polymermizellen mit einer hydrophilen Korona und einem unterstrukturierten Mizellkern mit separaten Kohlenwasserstoff- und Fluorkohlenwasserstoff-Domänen – sogenannten Multi-Kompartiment-Mizellen. Die Assoziation der Triblock-Copolymere wurde mit 1H-NMR-Spektroskopie, DLS und cryogener Transmissionselektronenmikroskopie (cryo-TEM) untersucht. Die unmittelbare Abbildung der Polymermizellen in Lösung mittels cryo-TEM enthüllte unterschiedliche Morphologien in Abhängigkeit von der Blocksequenz und den Präparationsbedingungen. Während Polymere mit der Blocksequenz hydrophil-lipophil-fluorophil Kern-Schale-Korona-Mizellen mit der Fluor-Domäne als Kern bildeten, wurde eine neue, unerwartete Mizellmorphologie für die Polymere mit dem hydrophilen Block in der Mitte gefunden: Einzelne oder mehrere Fluordomänen “schwimmen” als Scheiben auf dem lipophilen Kern. Die beobachteten Morphologien sind weitgehend stabil, unterliegen aber ebenfalls - zumindest teilweise - einer kinetischen Kontrolle. So führten erhöhte Temperaturen während der Mizellpräparation gelegentlich zu einer Veränderung der Mizellmorphologie oder Partikelgröße.
KW  - ABC triblock copolymer
KW  - reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT)
KW  - thermoresponsive polymer
KW  - multicompartment micelle
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-30764
ER  - 
TY  - THES
A1  - Börner, Hans Gerhard
T1  - Exploiting self-organization and functionality of peptides for polymer science
T1  - Peptide im Dienste der Polymerwissenschaften : Kontrolle der Selbstorganisation und der Funktionalität
N2  - Controlling interactions in synthetic polymers as precisely as in proteins would have a strong impact on polymer science. Advanced structural and functional control can lead to rational design of, integrated nano- and microstructures. To achieve this, properties of monomer sequence defined oligopeptides were exploited. Through their incorporation as monodisperse segments into synthetic polymers we learned in recent four years how to program the structure formation of polymers, to adjust and exploit interactions in such polymers, to control inorganic-organic interfaces in fiber composites and induce structure in Biomacromolecules like DNA for biomedical applications.
N2  - Die Kontrolle von Wechselwirkungen in synthetischen Polymersystemen mit vergleichbarer Präzision wie in Polypeptiden und Proteinen hätte einen dramatischen Einfluss auf die Möglichkeiten in den Polymer- und Materialwissenschaften. Um dies zu erreichen, werden im Rahmen dieser Arbeit Eigenschaften von Oligopeptiden mit definierter Monomersequenz ausgenutzt. Die Integration dieser monodispersen Biosegmente in synthetische Polymere erlaubt z. B. den Aufbau von Peptid-block-Polymer Copolymeren. In solchen sogenannten Peptid-Polymer-Konjugaten sind die Funktionalitäten, die Sekundärwechselwirkungen und die biologische Aktivität des Peptidsegments präzise programmierbar. In den vergangen vier Jahren konnte demonstriert werden, wie in Biokonjugatsystemen die Mikrostrukturbildung gesteuert werden kann, wie definierte Wechselwirkungen in diesen Systemen programmiert und ausgenutzt werden können und wie Grenzflächen zwischen anorganischen und organischen Komponenten in Faserkompositmaterialien kontrolliert werden können. Desweiteren konnten Peptid-Polymer-Konjugate verwendet werden, um für biomedizinische Anwendungen DNS gezielt zu komprimieren oder Zelladhäsion auf Oberflächen zu steuern.
KW  - Peptid-Polymer-Konjugate
KW  - Biokonjugate
KW  - Selbstorganisation
KW  - peptide-polymer conjugate
KW  - bioconjugate
KW  - self-assembly
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-29066
ER  - 
TY  - THES
A1  - Beyvers, Stephanie
T1  - Selective excitation of adsorbate vibrations on dissipative surfaces
T1  - Selektive Anregung von Adsorbatschwingungen auf dissipativen Oberflächen
N2  - The selective infrared (IR) excitation of molecular vibrations is a powerful tool to control the photoreactivity prior to electronic excitation in the ultraviolet / visible (UV/Vis) light regime ("vibrationally mediated chemistry"). For adsorbates on surfaces it has been theoretically predicted that IR preexcitation will lead to higher UV/Vis photodesorption yields and larger cross sections for other photoreactions. In a recent experiment, IR-mediated desorption of molecular hydrogen from a Si(111) surface on which atomic hydrogen and deuterium were co-adsorbed was achieved, following a vibrational mechanism as indicated by the isotope-selectivity. In the present work, selective vibrational IR excitation of adsorbate molecules, treated as multi-dimensional oscillators on dissipative surfaces, has been simulated within the framework of open-system density matrix theory. Not only potential-mediated, inter-mode coupling poses an obstacle to selective excitation but also the coupling of the adsorbate ("system") modes to the electronic and phononic degrees of freedom of the surface ("bath") does. Vibrational relaxation thereby takes place, depending on the availabilty of energetically fitting electron-hole (e/h) pairs and/or phonons (lattice vibrations) in the surface, on time-scales ranging from milliseconds to several hundreds of femtoseconds. On metal surfaces, where the relaxation process of the adsorbate via the e/h pair mechanism dominates, vibrational lifetimes are usually shorter than on insulator or semiconductor surfaces, in the range of picoseconds, being also the timescale of the IR pulses used here. Further inhibiting factors for selectivity can be the harmonicity of a mode and weak dipole activities ("dark modes") rendering vibrational excitation with moderate field intensities difficult. In addition to simple analytical pulses, optimal control theory (OCT) has been employed here to generate a suitable electric field to populate the target state/mode maximally. The complex OCT fields were analyzed by Husimi transformation, resolving the control field in time and energy. The adsorbate/surface systems investigated were CO/Cu(100), H/Si(100) and 2H/Ru(0001). These systems proved to be suitable models to study the above mentioned effects. Further, effects of temperature, pure dephasing (elastic scattering processes), pulse duration and dimensionality (up to four degrees of freedom) were studied. It was possible to selectively excite single vibrational modes, often even state-selective. Special processes like hot-band excitation, vibrationally mediated desorption and the excitation of "dark modes" were simulated. Finally, a novel OCT algorithm in density matrix representation has been developed which allows for time-dependent target operators and thus enables to control the excitation mechanism instead of only the final state. The algorithm is based on a combination of global (iterative) and local (non-iterative) OCT schemes, such that short, globally controlled time-intervals are coupled locally in time. Its numerical performance and accuracy were tested and verified and it was successfully applied to stabilize a two-state linear-combination and to enforce a successive "ladder climbing" in a rather harmonic system, where monochromatic, analytical pulses simultaneously excited several states, leading to a population loss in the target state.
N2  - Die selektive Anregung von Molekülschwingungen mittels Infrarotlicht (IR) ist vorteilhaft, um die Wirkungsquerschnitte nachfolgender photochemischer oder photophysikalischer Prozesse zu steigern, welche durch Elektronenanregung mittels ultraviolettem (UV) bzw. sichtbarem (Vis) Licht ausgelöst werden. Für Adsorbatmoleküle auf Oberflächen wurden theoretische Vorhersagen getroffen, dass eine kombinierte (IR plus UV)-Strategie ("schwingungsvermittelte Chemie") die Ausbeute bei Photodesorption und anderen Photoreaktionen deutlich zu erhöhen vermag. Kürzlich wurde im Experiment gezeigt, dass eine rein IR-vermittelte Desorption möglich ist, welche über einen schwingungsangeregten Mechanismus erfolgt. Hierbei wurde molekularer Wasserstoff von einer Si(111)-Oberfläche desorbiert, an der atomarer Wasserstoff und atomares Deuterium gebunden waren. Eine thermische Anregung, die zum Bindungsbruch führt, konnte hierbei wegen der Isotopenselektivität ausgeschlossen werden. In der vorliegenden Arbeit wurde die selektive IR-Schwingungsanregung von Adsorbaten, die als multidimensionale Oszillatoren auf dissipativen Oberflächen behandelt wurden, mit Hilfe der Dichtematrixtheorie für offene Systeme simuliert. Nicht nur die potentialvermittelte Kopplung zwischen den einzelnen Moden ist ein Hindernis für selektive Anregung, sondern auch die Kopplung der Moden des Adsorbats ("Systems") an elektronische und phononische Freiheitsgrade des Substrats ("Bades"). Die Schwingungsrelaxation verläuft hierbei auf Zeitskalen, die von Millisekunden bis hin zu wenigen hundert Femtosekunden reichen, je nach Verfügbarkeit energetisch geeigneter Elektron-Loch-Paar-Anregungen bzw. Phononen (Gitterschwingungen) in der Oberfläche. Auf Metalloberflächen, bei denen die Schwingungrelaxation des Adsorbats zumeist von einem Elektronen-Loch-Paar-Mechanismus dominiert wird, sind die Schwingungslebensdauern normalerweise kürzer als auf Isolator- oder Halbleiteroberflächen und betragen einige Picosekunden, ebenso wie die Zeitskala der hier gewählten IR-Pulse. Weitere Faktoren, die die selektive Anregung behindern können sind die Harmonizität einer Mode und die geringe Dipolaktivität sogenannter "dunkler Moden", die eine Anregung mit moderat intensiven Feldern erschweren. Zusätzlich zu einfachen analytischen Pulsen wurden Felder mittels Optimaler Kontrolltheorie (OCT) erzeugt, um eine(n) Zielzustand/-mode maximal zu populieren. Komplexe OCT Pulse wurden mit Hilfe der Husimi-Transformation analysiert, welche das Kontrollfeld im Zeit- und Energieraum aufzulösen vermag. Die in dieser Arbeit untersuchten Adsorbat/Oberflächen-Systeme waren CO/Cu(100), H/Si(100) und 2H/Ru(0001), die sich als passende Modelle erwiesen, um oben genannte Faktoren zu untersuchen. Desweiteren wurden die Auswirkungen von Temperatur, reiner Dephasierung (elastische Streuprozesse), Dauer des IR-Pulses und Systemdimensionalit\"at (Behandlung von bis zu vier Freiheitsgraden) studiert. Einzelne Schwingungsmoden konnten angeregt werden, in vielen Fällen sogar zustandsselektiv. Spezielle Prozesse wie die Anregung "heißer Banden", Desorption via alleiniger Schwingungsanregung und die Anregung "dunkler Moden" wurden simuliert. Schließlich wurde ein neuer OCT-Algorithmus in Dichtematrixdarstellung entwickelt, der es erlaubt, zeitabhängige Zieloperatoren einzuführen, um nicht nur Kontrolle über den Endzustand einer Anregung, sondern auch über den Anregungsmechanismus zu erlangen. Der Algorithmus basiert auf einer Kombination von globaler (iterativer) und lokaler (nicht-iterativer) optimaler Kontrollschemata in der Art, dass kurze, global kontrollierte Intervalle zeitlich lokal miteinander gekoppelt werden. Nach numerischen Tests wurde der Algorithmus erfolgreich angewandt, um eine Linearkombination aus zwei Zuständen zu stabilisieren, sowie um eine schrittweise "Leiteranregung" in einem harmonischen System zu forcieren, bei dem monochromatische, analytische Pulse mehrere Zustände zugleich anregen und somit einen Populationsverlust im angestrebten Zielzustand zur Folge haben.
KW  - IR-Anregung
KW  - Selektivität
KW  - Adsorbatschwingungen
KW  - Dichtematrixtheorie offener Systeme
KW  - Optimale Kontrolltheorie
KW  - IR excitation
KW  - selectivity
KW  - adsorbate vibrations
KW  - open system density matrix theory
KW  - optimal control theory
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-25516
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hernandez Garcia, Hugo Fernando
T1  - Multiscale simulation of heterophase polymerization : application to the synthesis of multicomponent colloidal polymer particles
T1  - Multidimensionale Simulation von Heterophasenpolymerisationen : Anwendungen zur Synthese von kolloidalen Kompositpolymerteilchen
N2  - Heterophase polymerization is a technique widely used for the synthesis of high performance polymeric materials with applications including paints, inks, adhesives, synthetic rubber, biomedical applications and many others. Due to the heterogeneous nature of the process, many different relevant length and time scales can be identified. Each of these scales has a direct influence on the kinetics of polymerization and on the physicochemical and performance properties of the final product. Therefore, from the point of view of product and process design and optimization, the understanding of each of these relevant scales and their integration into one single model is a very promising route for reducing the time-to-market in the development of new products, for increasing the productivity and profitability of existing processes, and for designing products with improved performance or cost/performance ratio. The process considered is the synthesis of structured or composite polymer particles by multi-stage seeded emulsion polymerization. This type of process is used for the preparation of high performance materials where a synergistic behavior of two or more different types of polymers is obtained. Some examples include the synthesis of core-shell or multilayered particles for improved impact strength materials and for high resistance coatings and adhesives. The kinetics of the most relevant events taking place in an emulsion polymerization process has been investigated using suitable numerical simulation techniques at their corresponding time and length scales. These methods, which include Molecular Dynamics (MD) simulation, Brownian Dynamics (BD) simulation and kinetic Monte Carlo (kMC) simulation, have been found to be very powerful and highly useful for gaining a deeper insight and achieving a better understanding and a more accurate description of all phenomena involved in emulsion polymerization processes, and can be potentially extended to investigate any type of heterogeneous process. The novel approach of using these kinetic-based numerical simulation methods can be regarded as a complement to the traditional thermodynamic-based macroscopic description of emulsion polymerization. The particular events investigated include molecular diffusion, diffusion-controlled polymerization reactions, particle formation, absorption/desorption of radicals and monomer, and the colloidal aggregation of polymer particles. Using BD simulation it was possible to precisely determine the kinetics of absorption/desorption of molecular species by polymer particles, and to simulate the colloidal aggregation of polymer particles. For diluted systems, a very good agreement between BD simulation and the classical theory developed by Smoluchowski was obtained. However, for concentrated systems, significant deviations from the ideal behavior predicted by Smoluchowski were evidenced. BD simulation was found to be a very valuable tool for the investigation of emulsion polymerization processes especially when the spatial and geometrical complexity of the system cannot be neglected, as is the case of concentrated dispersions, non-spherical particles, structured polymer particles, particles with non-uniform monomer concentration, and so on. In addition, BD simulation was used to describe non-equilibrium monomer swelling kinetics, which is not possible using the traditional thermodynamic approach because it is only valid for systems at equilibrium. The description of diffusion-controlled polymerization reactions was successfully achieved using a new stochastic algorithm for the kMC simulation of imperfectly mixed systems (SSA-IM). In contrast to the traditional stochastic simulation algorithm (SSA) and the deterministic rate of reaction equations, instead of assuming perfect mixing in the whole reactor, the new SSA-IM determines the volume perfectly mixed between two consecutive reactions as a function of the diffusion coefficient of the reacting species. Using this approach it was possible to describe, using a single set of kinetic parameters, typical mass transfer limitations effects during a free radical batch polymerization such as the cage effect, the gel effect and the glass effect. Using multiscale integration it was possible to investigate the formation of secondary particles during the seeded emulsion polymerization of vinyl acetate over a polystyrene seed. Three different cases of radical generation were considered: generation of radicals by thermal decomposition of water-soluble initiating compounds, generation of radicals by a redox reaction at the surface of the particles, and generation of radicals by thermal decomposition of surface-active initiators "inisurfs" attached to the surface of the particles. The simulation results demonstrated the satisfactory reduction in secondary particles formation achieved when the locus of radical generation is controlled close to the particles surface.
N2  - Eine der industriell am meisten verwendeten Methoden zur Herstellung von Hochleistungspolymeren ist die Heterophasenpolymerisation. Industriell von besonderer Bedeutung ist die sogenannte Saatemulsionspolymerisation bei der kleine Saatteilchen durch die sequentielle Zugabe von weiteren Monomeren gezielt modifiziert werden, um Kompositpolymerteilchen mit den gewünschten mechanischen und chemischen Gebrauchseigenschaften herzustellen. Ein häufig auftretendes Problem während dieser Art der Heterophasenpolymerisation ist die Bildung von neuen, kleinen Teilchen im Polymerisationsverlauf. Diese sogenannte sekundäre Teilchenbildung muss vermieden werden, da sie die Herstellung der gewünschten Teilchen mit den angestrebten Eigenschaften verhindert. Ein spezieller Fall der Saatemulsionspolymerisation ist die Kombination von Vinylacetat als Monomer, das auf Saatteilchen aus Polystyrol polymerisieren soll. Die Unterdrückung der Teilchenneubildung ist in diesem Beispiel besonders schwierig, da Vinylacetat eine sehr hohe Wasserlöslichkeit besitzt. In der vorliegenden Arbeit wurden zur Lösung der Aufgabenstellung verschiedene numerische Simulierungsalgorithmen verwendet, die entsprechend den charakteristischen Längen- und Zeitskalen der im Verlauf der Polymerisation ablaufenden Prozesse ausgewählt wurden, um die passenden Bedingungen für die Unterdrückung der sekundären Teilchenbildung zu finden. Die verwendeten numerischen Methoden umfassen Molekulare Dynamik Simulationen, die benutzt werden, um molekulare Bewegungen zu berechnen; Brownsche Dynamik Simulationen, die benutzt werden, um die zufälligen Bewegungen der kolloidalen Teilchen und der molekularen Spezies zu beschreiben, und kinetische Monte Carlo Simulationen, die das zufällige Auftreten von individuellen physikalischen oder chemischen Ereignissen modellieren. Durch die Kombination dieser Methoden ist es möglich, alle für die Beschreibung der Polymerisation relevanten Phänomene zu berücksichtigen. Damit können nicht nur die Reaktionsgeschwindigkeit und die Produktivität des Prozesses simuliert werden sondern auch Aussagen bezüglich der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Produktes sowie den Applikationseigenschaften getroffen werden. In dieser Arbeit wurden zum ersten Mal Modelle für die unterschiedlichen Längen- und Zeitskalen bei Heterophasenpolymerisationen entwickelt und erfolgreich zur Modellierung des Prozesses angewendet. Die Ergebnisse führten zu bedeutenden Verbesserungen der Theorie von Emulsionspolymerisationen insbesondere für die Beschreibung des Massenaustausches zwischen den Phasen (bspw. Radikaleintritt in und Radikalaustritt aus die Polymerteilchen), der Bildung von neuen Teilchen, und der Polymerisationskinetik unter den heterogenen Reaktionsbedingungen mit uneinheitlicher Durchmischung.
KW  - Heterophase Polymerization
KW  - Emulsion Polymerization
KW  - Simulation
KW  - Kinetics
KW  - Brownian motion
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-25036
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ide, Andreas Hans Peter
T1  - Self-Structuring of functionalized micro- and mesoporous organosilicas using boron-silane-precursors
T1  - Selbststrukturierung von funktionalisierten mikro- und mesoporösen Organsilica durch Bor-Silan-Precusoren
N2  - The structuring of porous silica materials at the nanometer scale and their surface functionalization are important issues of current materials research. Many innovations in chromatography, catalysis and electronic devices benefit from this knowledge. The work at hand is dedicated to the targeted design of functional organosilica materials. In this context a new precursor concept based on boron-silanes is presented. These precursors combine the properties of a structure directing group and a silica source by covalent borane linkage. Formation of the precursor is easily realized by a sequential two-step hydroboration, firstly on bis(triethoxysilyl)ethene, and secondly on an unsaturated structure directing moiety such as alkenes or polymers. The so prepared precursors self-organize when hydrolysis of their inorganic moiety takes place via an aggregation of their organic side chains into hydrophobic domains. In this way, the additional use of a surfactant as a template is not necessary. Chemical cleavage of these moieties (e.g. by ammonolysis or oxidative saponification) yields an organosilica where all functionalities are exclusively located at the pore wall and therefore accessible. The accessibility of the functionalities is a vital point for applications and is not necessarily granted for common silica functionalization approaches. Further advantages of the boron-silane concept are the possibility to introduce a variety of surface functionalities by heterolytic cleavage of the boron linker and the control of the pore morphology. For that purpose the covalent linkage of different alkyl groups and polymers was studied. Another aspect is the access to chiral boron silane precursors yielding functionalized mesoporous organosilica with chiral functionalities exclusively located at the pore walls after condensation and removal of the structure directing moiety. These materials possess great potential for applications documented by preliminary investigations on chiral resolution of a racemic mixture by HPLC and asymmetric catalysis. In the course of this work valuable insights into the targeted structuring and surface functionalization of organosilicas were gained. A promising outlook for further investigations is the extension of this concept by altering the structure directing moieties of the precursor. That way the morphology of the final organosilica might be controlled by for example mesogens. Furthermore, the use of the boron linker enables the introduction of multiple functionalities into organosilicas, making the obtained material unique in its performance.
N2  - Die Nanostrukturierung von funktionalisierten porösen Materialien auf Silikatbasis steht im Brennpunkt der aktuellen Forschung. Anwendungen wie Chromatographie, Katalyse oder die Herstellung elektronischer Bauteile profitieren von den Erkenntnissen, die auf diesem Gebiet gewonnen werden. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur gezielten Herstellung dieser Funktions-materialien leisten. Hierfür wurde ein neues Precursor-Konzept auf der Basis von Borsilanen vorgestellt. Diese Precursoren werden über eine sequentielle zweistufige Hydroborierung an Bis(triethoxysilyl)ethene und ein Alken oder ein ungesättigtes Polymer erhalten. Über den zweiten Schritt wird hierbei die so genannte strukturgebende Gruppe eingeführt und damit das Template kovalent gebunden. Dadurch entfällt im Vergleich zum bekannten Nanocasting-Mechanismus zum einen die Verwendung des herkömmlichen Templates für die Bildung der Porenstruktur und zusätzlich führt die Mikrophasenseparation während der Kondensation zu einer Anordnung der strukturgebenden Gruppen des Precursors an der Silikatphasengrenze. Nach der chemischen Abspaltung dieser Gruppen, die gleichzeitig zur Einführung funktioneller Gruppen führt, werden somit hochporöse Organosilikate erhalten, in denen sich die funktionellen Gruppen ausschließlich an der Porenoberfläche befinden. Ein Vorteil der Verwendung der Hydroborieung wird in der Vielfalt der funktionellen Gruppen deutlich, die eingeführt werden können. Die Zugänglichkeit der funktionellen Gruppen ist entscheidend für potentielle Anwendungen und bei herkömmlichen Organosilikaten nicht zwangsläufig gegeben. Ein herausragender Aspekt dieses Konzepts besteht in der Möglichkeit, sehr einfach chirale Precursoren und damit Organosilikate mit hoch funktionalisierten, chiralen Oberflächen herzustellen. Es konnte gezeigt werden, dass sich diese Materialien sowohl für die chromatographische Trennung von Racematen mittels HPLC als auch für die asymmetrische Katalyse eignen. Durch die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse konnten wertvolle Erkenntnisse zur Ober-flächenfunktionalisierung und Strukturierung von mesoporösen Silikaten gewonnen werden. Die Möglichkeit, das vorgestellte Konzept auf andere strukturgebende Gruppen wie zum Beispiel Mesogene zu übertragen und damit die Porenmorphologie gezielt zu steuern, eröffnet viele weitere interessante Materialeigenschaften.
KW  - Organosilica
KW  - Amin
KW  - porös
KW  - Templat
KW  - funktionalisiert
KW  - organosilica
KW  - amine
KW  - porous
KW  - template
KW  - functionalized
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-23717
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bahrke, Sven
T1  - Mass spectrometric analysis of chitooligosaccharides and their interaction with proteins
T1  - Massenspektrometrische Analyse von Chitooligosacchariden und ihre Wechselwirkungen mit Proteinen
N2  - Chitooligosaccharides are composed of glycosamin and N-acetylglycisamin residues. Gel permeations chromatography is employed for the separation of oligomers, cation exchange chromatography is used for the separation of homologes and isomers. Trideuterioacetylation of the chitooligosaccharides followed by MALDI-TOF mass spectrometry allowes for the quantitation of mixtures of homologes. vMALDI LTQ multiple-stage MS is employed for quantitative sequencing of complex mixtures of heterochitooligosaccharides. Pure homologes and isomers are applied to biological assays. Chitooligosaccahrides form high-affinity non-covalent complexes with HC gp-39 (human cartilage glycoprotein of 39 kDa). The affinity of the chitooligosaccharides depends on DP, FA and the sequence of glycosamin and N-acetylglycosamin moieties. (+)nanoESI Q TOF MS/MS is used for identification of a high-affinity binding chitooligosaccharide of a non-covalent chitinase B - chitooligosaccharide complex. DADAA is identified as the heterochitoisomer binding with highest affinity and biostability to HC gp-39. Fluorescence based enzyme assays confirm the results.
N2  - Chitooligosaccharide sind aus Glycosamin und N-Acetylglycosamun aufgebaut. Gelpermeationschromatographie wird für die Trennung von Oligomeren verwendet, die Kationenaustauschchromatographie wird zur Trennung von homologen- und Isomerengemischen angewendet. Trideuterioacetylierung der Chitooligosaccharide gefolgt von einer Analyse mittels MALDI-TOF MS erlaubt die quantitative Analyse von Homologengemischen. vMALDI LTQ multiple-stage MS wird angewendet zur Sequenzanalyse und Quantifizierung komplexer Gemische von Heterochitooligosacchariden. Reine Homologe und Isomere werden für biologische Assays verwendet. Dabei zeigt sich, dass Chitooligosaccharide mit HC gp-39 hochaffine Komplexe bilden. Die Affinität der Chitooligosaccharide hängt vom DP, FA und der Sequenz der Chitooligosaccharide ab. (+)nanoESI Q TOF MS/MS wird erfolgreich angewendet zur Identifizierung eines Chitooligosaccharides, das mit hoher Affinität an Chitinase B (Serratia marcescens) bindet. DADAA wurde als die Sequenz des Isomers identifiziert, das mit höchster Affinität und Biostabilität an aktive Chitinase B bindet. Fluoreszenz basierte Enzymassays konnten dieses Ergebnis bestätigen.
KW  - Chitooligosaccharide
KW  - HPLC
KW  - Massenspektrometrie
KW  - Chitolektine
KW  - Chitinase
KW  - Chitooligosaccharides
KW  - HPLC
KW  - Mass Spectrometry
KW  - Chitolectins
KW  - Chitinase
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-20179
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gebauer, Denis
T1  - A novel view on the early stage of crystallization
T1  - Ein Neuartiges Bild der frühen Kristallisationsphase
N2  - This thesis provides a novel view on the early stage of crystallization utilizing calcium carbonate as a model system. Calcium carbonate is of great economical, scientific and ecological importance, because it is a major part of water hardness, the most abundant Biomineral and forms huge amounts of geological sediments thus binding large amounts of carbon dioxide. The primary experiments base on the evolution of supersaturation via slow addition of dilute calcium chloride solution into dilute carbonate buffer. The time-dependent measurement of the Ca2+ potential and concurrent pH = constant titration facilitate the calculation of the amount of calcium and carbonate ions bound in pre-nucleation stage clusters, which have never been detected experimentally so far, and in the new phase after nucleation, respectively. Analytical Ultracentrifugation independently proves the existence of pre-nucleation stage clusters, and shows that the clusters forming at pH = 9.00 have a proximately time-averaged size of altogether 70 calcium and carbonate ions. Both experiments show that pre-nucleation stage cluster formation can be described by means of equilibrium thermodynamics. Effectively, the cluster formation equilibrium is physico-chemically characterized by means of a multiple-binding equilibrium of calcium ions to a ‘lattice’ of carbonate ions. The evaluation gives GIBBS standard energy for the formation of calcium/carbonate ion pairs in clusters, which exhibits a maximal value of approximately 17.2 kJ mol^-1 at pH = 9.75 and relates to a minimal binding strength in clusters at this pH-value. Nucleated calcium carbonate particles are amorphous at first and subsequently become crystalline. At high binding strength in clusters, only calcite (the thermodynamically stable polymorph) is finally obtained, while with decreasing binding strength in clusters, vaterite (the thermodynamically least stable polymorph) and presumably aragonite (the thermodynamically intermediate stable polymorph) are obtained additionally. Concurrently, two different solubility products of nucleated amorphous calcium carbonate (ACC) are detected at low binding strength and high binding strength in clusters (ACC I 3.1EE-8 M^2, ACC II 3.8EE-8 M^2), respectively, indicating the precipitation of at least two different ACC species, while the clusters provide the precursor species of ACC. It is proximate that ACC I may relate to calcitic ACC –i.e. ACC exhibiting short range order similar to the long range order of calcite and that ACC II may relate to vateritic ACC, which will subsequently transform into the particular crystalline polymorph as discussed in the literature, respectively. Detailed analysis of nucleated particles forming at minimal binding strength in clusters (pH = 9.75) by means of SEM, TEM, WAXS and light microscopy shows that predominantly vaterite with traces of calcite forms. The crystalline particles of early stages are composed of nano-crystallites of approximately 5 to 10 nm size, respectively, which are aligned in high mutual order as in mesocrystals. The analyses of precipitation at pH = 9.75 in presence of additives –polyacrylic acid (pAA) as a model compound for scale inhibitors and peptides exhibiting calcium carbonate binding affinity as model compounds for crystal modifiers- shows that ACC I and ACC II are precipitated in parallel: pAA stabilizes ACC II particles against crystallization leading to their dissolution for the benefit of crystals that form from ACC I and exclusively calcite is finally obtained. Concurrently, the peptide additives analogously inhibit the formation of calcite and exclusively vaterite is finally obtained in case of one of the peptide additives. These findings show that classical nucleation theory is hardly applicable for the nucleation of calcium carbonate. The metastable system is stabilized remarkably due to cluster formation, while clusters forming by means of equilibrium thermodynamics are the nucleation relevant species and not ions. Most likely, the concept of cluster formation is a common phenomenon occurring during the precipitation of hardly soluble compounds as qualitatively shown for calcium oxalate and calcium phosphate. This finding is important for the fundamental understanding of crystallization and nucleation-inhibition and modification by additives with impact on materials of huge scientific and industrial importance as well as for better understanding of the mass transport in crystallization. It can provide a novel basis for simulation and modelling approaches. New mechanisms of scale formation in Bio- and Geomineralization and also in scale inhibition on the basis of the newly reported reaction channel need to be considered.
N2  - Die vorliegende Arbeit zeichnet ein neuartiges Bild der frühen Kristallisationsphase von Calciumcarbonat. Calciumcarbonat hat als Hauptbestandteil der Wasserhärte und als weit verbreitetes Biomineral und Geomineral, das als Sediment in den Ozeanen große Mengen Kohlendioxid bindet, große Bedeutung. Die grundlegenden Experimente basieren auf der sehr langsamen Einstellung von Übersättigung, die durch langsame Zugabe verdünnter Calciumlösung in verdünnten Carbonatpuffer erreicht wird. Zeitabhängige Messung des Ca2+ Potentials bei gleichzeitiger pH = konstant Titration zeigt, dass zeitgemittelt vor der Nukleation gleiche Stoffmengen von Calcium- und Carbonat Ionen in Clustern gebunden sind, die bis jetzt noch nicht experimentell nachgewiesen werden konnten. Analytische Ultrazentrifugation belegt unabhängig die Existenz der Cluster, und es zeigt sich, dass sich die bei pH = 9,00 bildenden Cluster zeitgemittelt aus insgesamt etwa 70 Calcium und Carbonat Ionen bestehen. Die Experimente weisen darauf hin, dass sich die Clusterbildung auf der Grundlage von Gleichgewichtsthermodynamik beschreiben lässt. Ein multiples Bindungsgleichgewichtsmodell ermöglicht die Bestimmung der freien Standard Reaktionsenthalpie für die Bildung von Calcium/Carbonat Ionenpaaren in den Clustern, die ein Maß für die Bindungsstärke in Clustern darstellt. Die Bindungsstärke weist ein Minimum bei pH = 9,75 auf, und es zeigt sich, dass außerhalb dieses Minimums amorphes Calciumcarbonat ausfällt, das sich letztendlich in Calcit (das thermodynamisch stabile Calciumcarbonat Polymorph) umwandelt, während im Minimum und in der Nähe des Minimums amorphes Calciumcarbonat ausfällt, das sich letztendlich hauptsächlich in Vaterit (das thermodynamisch am wenigsten stabile Polymorph), Calcit und möglicherweise Spuren von Aragonit (das Polymorph mittlerer Stabilität) umwandelt. Gleichzeitig treten zwei unterschiedliche Löslichkeitsprodukte für das bei hoher und niedriger Bindungsstärke in Clustern ausgefällte, amorphe Calciumcarbonat auf (ACC I 3,1EE-8 M^2, ACC II 3,8EE-8 M^2). Das zeigt, dass die sich vor der Nukleation bildenden Cluster Vorläuferspezies (Precursor) des ausgefällten, amorphen Calciumcarbonats darstellen, wobei ACC I in der Literatur diskutiertem, calcitischem ACC entsprechen und ACC II vateritischem Calcit entsprechen kann. Eine detaillierte SEM, TEM, WAXS und Lichtmikroskopie Untersuchung der bei minimaler Bindungsstärke in Clustern (pH = 9,75) ausgefällten Partikel zeigt, dass sich hauptsächlich Vaterit mit Spuren von Calcit und möglicherweise Aragonit bildet. Die sich früh bildenden, kristallinen Partikel sind jeweils aus nano-Kristalliten von etwa 5 bis 10 nm Größe aufgebaut, die wie in Mesokristallen eine hohe wechselseitige Ordnung aufweisen. Die Untersuchung der frühen Kristallisation in Gegenwart von Additiven wurde ebenfalls bei minimaler Bindungsstärke in Clustern durchgeführt. Als Additive wurden Polyacrylsäure (PAA) als Beispiel für einen Hemmstoff gegen die Bildung von Verkalkungen und drei Peptide, die Bindungsaffinität zu Calciumcarbonat zeigen, als Beispiel für Kristallisations-Modifikatoren untersucht. Die Analyse zeigt, dass ACC I und ACC II parallel ausfallen; pAA stabilisiert ACC II gegenüber Kristallisation und führt dazu, dass es sich zugunsten von Kristallen, die sich aus ACC I bilden, auflöst, wobei letztendlich reines Calcit erhalten wird. Die Peptide hingegen hemmen die Bildung von Calcit in analoger Weise, wobei in einem Fall letztendlich reines Vaterit entsteht. Die Ergebnisse zeigen, dass die klassische Nukleationstheorie auf die Nukleation von Calciumcarbonat kaum anwendbar ist. Das metastabile System wird durch die Clusterbildung deutlich stabilisiert, und nicht Ionen, sondern Cluster sind die relevanten Spezies in der Nukleation. Wahrscheinlich ist das gefundene Konzept der Clusterbildung ein allgemeines Phänomen, das während der Kristallisation aller schwer löslichen Substanzen auftritt, da es auch für Calciumoxalat und Calciumphosphat qualitativ gezeigt werden konnte. Das Ergebnis ist wichtig für das fundamentale Verständnis der Nukleation, von Nukleationshemmung und der Modifikation von Kristallen mit Auswirkungen auf Materialen von großer industrieller und auch wissenschaftlicher Bedeutung. Ferner gibt es einen Hinweis, wie Masse während der Kristallisation –auch in Lebewesen transportiert werden kann und es kann einen neuen Ansatz für Kristallisationssimulationen liefern. Auf der Basis dieses neuartigen Reaktionskanals müssen neue Kristallisations-Mechanismen in Bio- und Geomineralization in Betracht gezogen werden.
KW  - Calciumcarbonat
KW  - Kristallisation
KW  - Nukleation
KW  - Cluster
KW  - Additive
KW  - calcium carbonate
KW  - crystallization
KW  - nucleation
KW  - clusters
KW  - additives
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-19818
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fischer, Anna
T1  - "Reactive hard templating" : from carbon nitrides to metal nitrides
T1  - Synthese von Metallnitrid Nanostrukturen durch "Reaktives Hardtemplating"
N2  - Nanostructured inorganic materials are routinely synthesized by the use of templates. Depending on the synthesis conditions of the product material, either “soft” or “hard” templates can be applied. For sol-gel processes, usually “soft” templating techniques are employed, while “hard” templates are used for high temperature synthesis pathways. In classical templating approaches, the template has the unique role of structure directing agent, in the sense that it is not participating to the chemical formation of the resulting material. This work investigates a new templating pathway to nanostructured materials, where the template is also a reagent in the formation of the final material. This concept is described as “reactive templating” and opens a synthetic path toward materials which cannot be synthesised on a nanometre scale by classical templating approaches. Metal nitrides are such kind of materials. They are usually produced by the conversion of metals or metal oxides in ammonia flow at high temperature (T > 1000°C), which make the application of classical templating techniques difficult. Graphitic carbon nitride, g-C3N4, despite its fundamental and theoretical importance, is probably one of the most promising materials to complement carbon in material science and many efforts are put in the synthesis of this material. A simple polyaddition/elimination reaction path at high temperature (T = 550°C) allows the polymerisation of cyanamide toward graphitic carbon nitride solids. By hard templating, using nanostructured silica or aluminium oxide as nanotemplates, a variety of nanostructured graphitic carbon nitrides such as nanorods, nanotubes, meso- and macroporous powders could be obtained by nanocasting or nanocoating. Due to the special semi-conducting properties of the graphitic carbon nitride matrix, the nanostructured graphitic carbon nitrides show unexpected catalytic activity for the activation of benzene in Friedel-Crafts type reactions, making this material an interesting metal free catalyst. Furthermore, due to the chemical composition of g-C3N4 and the fact that it is totally decomposed at temperatures between 600°C and 800°C even under inert atmosphere, g-C3N4 was shown to be a good nitrogen donor for the synthesis of early transition metal nitrides at high temperatures. Thus using the nanostructured carbon nitrides as “reactive templates” or “nanoreactors”, various metal nitride nanostructures, such as nanoparticles and porous frameworks could be obtained at high temperature. In this approach the carbon nitride nanostructure played both the role of the nitrogen source and of the exotemplate, imprinting its size and shape to the resulting metal nitride nanostructure.
N2  - Die Nanostrukturierung anorganischer Materialien, d.h. die Kontrolle ihrer Form und Größe auf der Nanometerebene durch unterschiedliche Herstellungsverfahren, ist ein sich immer noch erweiterndes Forschungsgebiet. Eine solche Nanostrukturierung wird oft über sogenannte Templatierungsverfahren erreicht: Hier werden Formgeber (Template) mit definierter Morphologie und Größe verwendet und deren Struktur in ein neues Material abgebildet. Templatierungsverfahren können, je nach der Beschaffenheit des Templats, zwischen „weich“ und „hart“ unterschieden werden. Die Begriffe beziehen sich dabei vor allem auf die mechanische und thermische Stabilität der Template, d.h. weiche Template sind vornehmlich organischer, harte Template anorganischer Natur. Wo weiche Template in milden chemischen Verfahren eingesetzt werden, werden harte Template zur Herstellung von Materialien bei Hochtemperaturverfahren verwendet (z. B. poröse Kohlenstoffe). Allgemein dienen Template ausschließlich als Strukturgeber und gehen in keiner Weise in Form einer chemischen Reaktion in die Synthese des gewünschten Materials mit ein. Gegenstand dieser Arbeit ist ein neues Templatierungsverfahren: Die „reaktive Templatierung“. Hierbei wird das Templat - neben seiner Funktion als Strukturgeber – auch als Reagenz für die Synthese des Produktes verwendet. Dieser Synthese-Ansatz öffnet damit neue Wege für die Synthese von nanostrukturierten Materialien, die durch klassische Templatierungsansätze schwer zugänglich sind. Hierzu zählen zum Beispiel die Metallnitride. Üblicherweise werden Metallnitride über die Umsetzung von Metallen oder Metalloxiden in einem Ammoniakstrom bei Mindesttemperaturen von 1000°C gewonnen, was die Anwendung klassischer Templatierungsverfahren beinahe unmöglich macht. Darüber hinaus sind konzentrierte Lauge oder Flusssäure, welche zur Entfernung klassischer harter Template benötigt werden auch Aufschlussmittel für Metallnitride. Graphitisches Kohlenstoffnitrid, g-C3N4, ist wohl eines der meistversprechendsten Materialien um Kohlenstoff in der Materialwissenschaft zu ergänzen. Es wurden bereits viele potentielle Syntheseansätze beschrieben. Eine durch Groenewolt M. erstellte Route ist die thermisch induzierte Polykondensation von Cyanamid (NCNH2) bei 550°C. Da g-C3N4 sich zwischen 600°C und 800°C vollständig in NH3 und CxNyH-Gase zersetzt, ist es eine geeignete Festkörper-Stickstoffquelle für die Herstellung von Metalnitriden. Daher boten sich nanostrukturierte graphitische Kohlenstoffnitride als geeignete reaktive Template oder Nanoreaktoren zur Herstellung von nano-strukturierten Metalnitriden an. Die Templatierung der g-C3N4-Matrix wurde über klassische Harttemplatierungsverfahren erreicht. So konnte eine Vielzahl nano-strukturierter g-C3N4 Materialien synthetisiert werden wie zum Beispiel Nanostäbchen, Nanoröhren, mesoporöse oder makroporöse graphitische Kohlenstoffnitride. Diese haben sich interessanterweise, als metalfreie Katalysatoren für die Aktivierung von Benzol in Friedel-Crafts-Acylierung und -Alkylierung erwiesen. Durch die Infiltrierung der nano-strukturierten g-C3N4-Materialien mit diversen Metal-Präkursoren und nachfolgendem Tempern bei 800°C unter Schutzgas, konnten entsprechende nano-strukturierte Metalnitride, als Nanoabdrücke der vorgegebenen Kohlenstoffnitrid Nanostrukturen hergestellt werden. So konnten TiN, VN, GaN, AlGaN und TiVN Nanopartikel synthetisiert werden, macroporöse TiN/Kohlenstoff Komposite sowie TiN Hohlkugeln. Die so hergestellten Materialien erwiesen sich als effektive basische Katalysatoren für Aldol-Kondensations Reaktionen.
KW  - Kohlenstoffnitride
KW  - Metallnitride
KW  - nano
KW  - Templatierung
KW  - Carbonitrides
KW  - metal nitrides
KW  - reactive templating
KW  - confinement
KW  - nano
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-19777
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hentschel, Jens
T1  - Synthese und kontrollierte Mikrostrukturbildung funktionaler Peptid-Polymerkonjugate in organischen Lösungsmitteln
T1  - Synthesis and controlled microstructure formation of functional peptide-polymer conjugates in organic media
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurde ein Ansatz verfolgt, die besonderen Eigenschaften der Strukturbildung sequenzdefinierter Peptide mit den vielseitigen Materialeigenschaften synthetischer Blockcopolymere zu kombinieren. Dazu wurde ein synthetisches Polymer kovalent mit einer definierten Peptidsequenz verknüpft. Der Peptidblock (die Organisationseinheit) wurde speziell designt, um später die Strukturbildung des Peptid-Polymerkonjugates induzieren und leiten zu können. Als Organisationsmotiv diente hierbei das aus der Natur bekannte β-Faltblatt Strukturmotiv. Das Peptidsegment wurde in einer festphasengebundenen Synthese aufgebaut. Dabei wurden temporäre Stör-Segmente (Switch-Segmente) in die Peptidsequenz integriert. Diese Segmente unterdrücken die Aggregationstendenz während der Synthese und können durch einen pH-abhängigen Schaltvorgang in das natürliche Peptidrückgrat überführt werden. Zusätzlich zu der verbesserten Ausbeute und Reinheit der entsprechenden Peptide war auf diese Weise eine kontrollierte Aktivierung der Mikrostrukturbildung möglich. Mit Hilfe zwei verschiedener Synthesestrategien (Kupplungs- bzw. Polymerisationsstrategie) wurde ein Satz von definierten Peptid-Polymerkonjugaten mit unterschiedlich großen Polymersegmenten synthetisiert. Diese wurden anschließend im Hinblick auf ihre Strukturbildungseigenschaften in organischen Lösungsmitteln untersucht. Durch mikroskopische Verfahren (AFM, TEM), konnte für alle Konjugate, die Bildung faserartiger Aggregate mit Dimensionen im Nano- bis Mikrometerbereich beobachtet werden. Genauere Untersuchungen zeigten, dass die Peptidsegmente in diesen Faserstrukturen ein β-Faltblatt ausbilden. Dies ist ein deutlicher Hinweis darauf, dass die Strukturbildung der Konjugate tatsächlich durch den Peptidblock gesteuert und kontrolliert wurde.
N2  - The aim of this work was to combine the particular structuring properties of sequence-defined peptides with the versatile material properties of synthetic block-copolymers. Therefor, synthetic polymers were linked covalently to a defined oligopeptide-sequence using varying synthetic approaches. The oligopeptide was designed to guide and control the microstructure formation of the peptide-polymer conjugate. For this reason a peptide sequence with a high propensity to adopt the β-sheet motif was chosen. Thus, highly attractive, anisometric tape, fibrillar or fibre-like nanostructures can be accessed. However, such peptide-sequences are very difficult to synthesize and handle, as a result of their strong aggregation tendency. Therefore, temporary structure breaking units, so called switch-segments, were integrated into the peptide sequence, disturbing the peptide backbone and thus, temporarily suppressing the peptide properties. The controlled rearrangement of these defects reestablishes the native peptide backbone, switching the aggregation tendency of the peptide segment on, and triggers the assembly process. A set of defined peptide-polymer conjugates with different polymer block-lengths was synthesized either by an coupling approach or by RAFT polymerization using a switch-peptide macro chain transfer agent. Afterwards, the structure formation properties of these conjugates were investigated. By the use of microscopic techniques (AFM, TEM), the formation of densely twisted tape-like microstructures was observed for all conjugates. The formation of extended β-sheets was confirmed by different techniques (FT-IR, TEM-SAED), indicating a peptide guided microstructure formation process. Thus, it could be demonstrated that the peptide guided organization of synthetic polymers can be successfully transferred into organic solvents.
KW  - Peptid
KW  - Polymer
KW  - Strukturbildung
KW  - RAFT
KW  - peptide
KW  - polymer
KW  - switch
KW  - RAFT
KW  - nanostructure
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-19840
ER  - 
TY  - THES
A1  - Imran ul-haq, Muhammad
T1  - Synthesis of fluorinated polymers in supercritical carbon dioxide (scCO₂)
T1  - Synthese von Fluorpolymeren in überkritischem Kohlendioxid (scCO₂)
N2  - For the first time stabilizer-free vinylidene fluoride (VDF) polymerizations were carried out in homogeneous phase with supercritical CO₂. Polymerizations were carried out at 140°C, 1500 bar and were initiated with di-tert-butyl peroxide (DTBP). In-line FT-NIR (Fourier Transform- Near Infrared) spectroscopy showed that complete monomer conversion may be obtained. Molecular weights were determined via size-exclusion chromatography (SEC) and polymer end group analysis by 1H-NMR spectroscopy. The number average molecular weights were below 104 g∙mol−1 and polydispersities ranged from 3.1 to 5.7 depending on DTBP and VDF concentration. To allow for isothermal reactions high CO₂ contents ranging from 61 to 83 wt.% were used. The high-temperature, high-pressure conditions were required for homogeneous phase polymerization. These conditions did not alter the amount of defects in VDF chaining. Scanning electron microscopy (SEM) indicated that regular stack-type particles were obtained upon expansion of the homogeneous polymerization mixture. To reduce the required amount of initiator, further VDF polymerizations using chain transfer agents (CTAs) to control molecular weights were carried out in homogeneous phase with supercritical carbon dioxide (scCO₂) at 120 °C and 1500 bar. Using perfluorinated hexyl iodide as CTA, polymers of low polydispersity ranging from 1.5 to 1.2 at the highest iodide concentration of 0.25 mol·L-1 were obtained. Electrospray ionization- mass spectroscopy (ESI-MS) indicates the absence of initiator derived end groups, supporting livingness of the system. The “livingness” is based on the labile C-I bond. However, due to the weakness of the C-I bond perfluorinated hexyl iodide also contributes to initiation. To allow for kinetic analyses of VDF polymerizations the CTA should not contribute to initiation. Therefore, additional CTAs were applied: BrCCl3, C6F13Br and C6F13H. It was found that C6F13H does not contribute to initiation. At 120°C and 1500 bar kp/kt0.5~ 0.64 (L·mol−1·s−1)0.5 was derived. The chain transfer constant (CT) at 120°C has been determined to be 8·10−1, 9·10−2 and 2·10−4 for C6F13I, C6F13Br and C6F13H, respectively. These CT values are associated with the bond energy of the C-X bond. Moreover, the labile C-I bond allows for functionalization of the polymer to triazole end groups applying click reactions. After substitution of the iodide end group by an azide group 1,3 dipolar cycloadditions with alkynes yield polymers with 1,2,3 triazole end groups. Using symmetrical alkynes the reactions may be carried out in the absence of any catalyst. This end-functionalized poly (vinylidene fluoride) (PVDF) has higher thermal stability as compared to the normal PVDF. PVDF samples from homogeneous phase polymerizations in supercritical CO₂ and subsequent expansion to ambient conditions were analyzed with respect to polymer end groups, crystallinity, type of polymorphs and morphology. Upon expansion the polymer was obtained as white powder. Scanning electron microscopy (SEM) showed that DTBP derived polymer end groups led to stack-type particles whereas sponge- or rose-type particles were obtained in case of CTA fragments as end groups. Fourier-Transform Infrared spectroscopy and wide angle X-ray diffraction indicated that the type of polymorph, α or β crystal phase was significantly affected by the type of end group. The content of β-phase material, which is responsible for piezoelectricity of PVDF, is the highest for polymer with DTBP-derived end groups. In addition, the crystallinity of the material, as determined via differential scanning calorimetry is affected by the end groups and polymer molecular weights. For example, crystallinity ranges from around 26 % for DTBP-derived end groups to a maximum of 62 % for end groups originating from perfluorinated hexyl iodide for polymers with Mn ~2200 g·mol–1. Expansion of the homogeneous polymerization mixture results in particle formation by a non-optimized RESS (Rapid Expansion from Supercritical Solution) process. Thus, it was tested how polymer end groups affect the particles size distribution obtained from RESS process under controlled conditions (T = 50°C and P = 200 bar). In all RESS experiments, small primary PVDF with diameters less than 100 nm without the use of liquid solvents, surfactants, or other additives were produced. A strong correlation between particle size and particle size distribution with polymer end groups and molecular weight of the original material was observed. The smallest particles were found for RESS of PVDF with Mn~ 4000 g·mol–1 and PFHI (C6F13I) - derived end groups.
N2  - Erstmalig gelang es, stabilisatorfreie Vinylidenfluorid (VDF)-Polymerisationen in homogener Phase mit überkritischem CO₂ (scCO₂) bis zu vollständigem Monomerumsatz durchzuführen. Die Homogenität während der Polymerisation wurde durch in-line Fourier-Transform Nahinfrarot Spektroskopie beobachtet. Für Polymerisationen bei 140 °C und 1500 bar wurde Di-tert-butylperoxid (DTBP) als Initiator verwendet. Es wurden Polymere mit einem Zahlenmittel der Molmasse kleiner 104 g·mol–1 und Polydispersitäten zwischen 3.1 und 5.7. erhalten. Um isotherme Reaktionen zu ermöglichen, wurden CO₂-Gehalte zwischen 61 und 83 wt.% verwendet. Die für die homogene Reaktionsführung erforderlichen hohen Drücke und Temperaturen haben keinen Einfluss auf die Mikrostruktur des Polymers. Zur Verringerung der Initiatorkonzentration wurden weitere Polymerisationen unter Verwendung von Kettentransferreagenzien (CTA) bei 120 °C und 1500 bar in homogener Phase mit scCO₂ durchgeführt. Perfluoriertes Hexyliodid als CTA ermöglicht kontrollierte radikalische Polymerisationen, wobei Polymere mit geringer Polydispersität zwischen 1.5 und 1.2 erhalten wurden. Endgruppenanalyse mit Elektronenspray-Ionisations-Massen¬spektro¬metrie (ESI-MS) zeigte, dass keine Initiatorendgruppen im Polymer enthalten sind. Diese Beobachtung unterstützt den lebenden Charakter der Polymerisationen und basiert auf einer labilen C-I-Bindung im Polymer. Aufgrund der schwachen C-I-Bindung trägt das perfluorierte Hexyliodid (C6F13I) auch zur Initiierung bei. Polymerisationen in Gegenwart von BrCCl3, C6F13Br und C6F13H zeigten, dass nur C6F13H keinen Beitrag zur Initiierung leistet. Bei 120 °C und 1500 bar wurde ein kp/kt0.5 von ~ 0.64 (L·mol−1·s−1)0.5 bestimmt, wobei kp der Wachstums- und kt der Terminierungsgeschwindigkeitskoeffizient sind. Die Kettentransfer¬konstanten (CT) bei 120°C betragen 8·10−1, 9·10−2 und 2·10−4 für C6F13I, C6F13Br und C6F13H. Die Änderung der CT-Werte lässt sich mit der zunehmenden Bindungsenergie in der Reihe C-I, C-Br und C-H erklären. Die labile C-I-Bindung ermöglicht eine Funktionalisierung des Polymers durch Click-Reaktionen. Nach Substitution der Iodid-Endgruppe durch eine Azidgruppe erfolgte eine katalysatorfreie 1,3-dipolare Cyclaoaddition mit Alkinen zu Polymeren mit 1,2,3-Triazol-Endgruppen. Dieses endfunktionalisierte PVDF besitzt im Vergleich zu konventionellem PVDF eine höhere thermische Stabilität. Nach der Expansion der Polymerisationsmischung mit scCO₂ auf Umgebungsbedingungen lag das Polymer als weißes Pulver vor, das im Hinblick auf z.B. Polymerendgruppen, Kristallinität, Gestalt und Größe der Partikel untersucht wurde. Rasterelektronenmikroskopie zeigte, dass Polymere mit DTBP-Endgruppen zu stapelförmigen Partikeln führen, während bei CTA-Fragmenten als Endgruppen schwamm- oder rosenartige Partikel erhalten wurden. Ergebnisse der FT-IR Spektroskopie und Weitwinkelröntgenbeugung zeigten, dass der höchste Gehalt an β-phasigem Material, der für die Piezoelektrizität des PVDF verantwortlich ist, für PVDF mit Initiatorendgruppen erhalten wurde. DSC (Differential Scanning Calorimetry) Messungen ergaben zudem, dass der Kristallinitätsgrad durch Endgruppen und Polymermasse beeinflusst wird. Die Expansion der homogenen Polymermischung kann als nicht-optimierter RESS-Prozess (Rapid Expanison from Supercritical Solution,) angesehen werden. Aus RESS Experimenten unter kontrollierten Bedingungen wurden jeweils nanoskalige primäre PVDF-Partikel ohne Verwendung von Lösungsmitteln, Tensiden oder anderen Additiven erhalten. Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen einerseits der Partikelgröße und der Partikelgrößenverteilung und andererseits der Polymerkonzentration in scCO₂ vor der Expansion, bestimmt durch Polymerendgruppen und Molmassen der eingesetzten Materialien.
KW  - Synthese
KW  - Fluorpolymere
KW  - überkritisches Kohlendioxid (scCO₂)
KW  - Synthesis
KW  - fluorinated polymers
KW  - supercritical carbon dioxide (scCO₂)
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-19868
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kessel, Stefanie
T1  - Induktion und Kontrolle hierarchischer Ordnung durch selbstorganisierte, funktionale Polymer-Peptid-Nanostrukturen
T1  - Induction and control of hierarchical organization with self-assembled, functional polymer peptide nanostructures
N2  - Im Rahmen der Arbeit werden hierarchisch strukturierte Silikakompositfasern präsentiert, deren Bildung ähnlich zu natürlichen Silifizierungsreaktionen verläuft. Als Analoga zu Proteinfilamenten in Silika Morphogeneseorganismen werden selbstorganisierte, funktionale Polyethylenoxid-Peptid-Nanobänder eingesetzt. Mit der Isolierung einheitlicher Nanokompositfasern wird gezeigt, dass die PEO-Peptid-Nanobänder eine starke Bindungsaffinität gegenüber Kieselsäure besitzen, diese aus sehr stark verdünnten Lösungen anreichern und deren Kondensation zu Silikanetzwerken kontrollieren können. In höheren Konzentrationen entstehen durch die peptidgeleitete Silifizierung der PEO-Peptid-Nanobänder spontan makroskopische Kompositfasern mit sechs Hierarchieebenen. Diese verbinden Längen von bis zu 3 cm und Durchmesser von 1-2 mm mit einer definierten Feinstruktur im Submikrometerbereich. Als Resultat der komplexen inneren Struktur und der Kontrolle der Grenzflächen zwischen Nanobändern und Silika wird eine Nanohärte erreicht, die schon ~1/3 der Härte von Bioglasfasern darstellt. Für die Elastizität (reduziertes Eindrückmodul) dagegen konnte durch den relativ hohen Anteil (~40%) an verformbaren, organischen Komponenten ein ~4-mal größer Wert im Vergleich mit Bioglasfasern bestimmt werden. Des Weiteren wird die Prozessierung der makroskopischen Kompositfasern in einem 2D-Plotprozess vorgestellt. Mit Verwendung der PEO-Peptid-Nanobänder als „Tinte“ können Kompositobjekte in beliebigen Formen geplottet werden, deren Linienbreite sowie anisotrope Ausrichtung der Nano- und Submikrometerstrukturelemente direkt mit der Plotgeschwindigkeit korrelieren. Außerdem können die Kompositobjekte als Vorstufen für orientierte, mesoporöse Silikaobjekte verwendet werden. Nachdem Calcinieren werden Silikastrukturen mit einer hohen spezifischen Oberfläche und in Plotrichtung ausgerichteten zylindrischen Poren erhalten. Im Kontrast zu den anorganisch-bioorganischen Kompositfasern sollten unter Ausnutzung ionischer Wechselwirkungen oder Metallkoordination Kompositmaterialien mit anderen mechanischen Eigenschaften dargestellt werden. Es wird gezeigt, dass durch Variationen in der Aminosäuresequenz des Peptidkerns, die Oberflächen der PEO-Peptid-Nanobänder gezielt mit funktionellen Gruppen versehen werden können. Eine gerichtete Vernetzung dieser modifizierten Nanobänder wurde nicht erreicht, dafür könnten die imidazolfunktionalisierten Nanobänder als eindimensionale Protonenleiter, die mit photochromen Gruppen (Spiropyran) funktionalisierten Nanobänder für die Modifizierung von Oberflächenpolaritäten oder für gerichtete Kristallisationsprozesse eingesetzt werden.
N2  - In this work hierarchical structured silica-composite fibers are presented, whose formation is similar to natural silicification processes. Self-assembled, functional poly(ethylene oxide) (PEO) peptide nanotapes were utilized as analogue to protein filaments in silicamorphogenese organism. Isolation of homogenous nano composite fibers demonstrates that the PEO peptide nanotapes have a high affinity to bind silicic acid. They are able to enrich silicic acid from very dilute solution and can control the silica condensation process. Macroscopic composite fibers spontaneously arise if the PEO peptide nanotapes in a higher concentration were mixed with the silica precursor. These exhibit six distinguishable levels of hierarchical order, spanning length scales from the nanometer up to millimeters in lateral and even centimeters in longitudinal dimensions. As a result of the inner structure, reinforced composite fibers were obtained, exhibiting 1/3 of the mechanical hardness of natural glass sponge spicules. The elasticity, which is considered as one limiting factor in optical glass fibers, could be enhanced 4-times due to the incorporation of an increased amount of polymer peptide nanotapes (~40%). In addition a 2D-plot process is introduced, in which the polymer peptide nanotapes acts as an ink. By injecting a solution of the nanotapes into a diluted silicic acid solution composite objects can be plotted in any desired way. The width of the plotted lines as well as the anisotropic orientation of the nano- and sub micrometer structure elements correlates directly to the plotting speed. Besides the composite objects can be utilized as precursors for oriented, mesoporous silica objects. After a calcination procedure silica structures with cylindrical pores, aligned in plot direction, and a high specific surface area were received. In contrast to the inorganic-organic composite fibers other composite materials with different mechanical properties should be created exploiting ionic interactions or metal coordination. A variation in the amino acid sequence of the peptide core leads to an aimed functionalisation of the nanotape surfaces. A directed networking of such nanotapes was not observed, but imidazole functionalised nanotapes could maybe be used as one dimensional proton conductors. The nanotapes, which were tagged with photo chromic spiropyran units, have the ability to be used for controlled crystallization processes or the modification of surface polarities.
KW  - Biosilifizierung
KW  - Peptid-Polymer-Konjugate
KW  - gerichtete Struckturbildung
KW  - biosilicification
KW  - polymer-peptide-conjugates
KW  - directed organization
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-19835
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vazhappilly, Tijo Joseph
T1  - Vibrationally enhanced associative photodesorption of H2 (D2) from Ru(0001) : quantum and classical approaches
T1  - Vibrationsgesteigerte assoziative Photodesorptionvon H2 (D2 ) von Ru(0001) : Quantendynamische und klassiche Simulationen
N2  - Nowadays, reactions on surfaces are attaining great scientific interest because of their diverse applications. Some well known examples are production of ammonia on metal surfaces for fertilizers and reduction of poisonous gases from automobiles using catalytic converters. More recently, also photoinduced reactions at surfaces, useful, \textit{e.g.}, for photocatalysis, were studied in detail. Often, very short laser pulses are used for this purpose. Some of these reactions are occurring on femtosecond (1 fs=$10^{-15}$ s) time scales since the motion of atoms (which leads to bond breaking and new bond formation) belongs to this time range. This thesis investigates the femtosecond laser induced associative photodesorption of hydrogen, H$_2$, and deuterium, D$_2$, from a ruthenium metal surface. Many interesting features of this reaction were explored by experimentalists: (i) a huge isotope effect in the desorption probability of H$_2$ and D$_2$, (ii) the desorption yield increases non-linearly with the applied visible (vis) laser fluence, and (iii) unequal energy partitioning to different degrees of freedom. These peculiarities are due to the fact that an ultrashort vis pulse creates hot electrons in the metal. These hot electrons then transfer energy to adsorbate vibrations which leads to desorption. In fact, adsorbate vibrations are strongly coupled to metal electrons, \textit{i.e.}, through non-adiabatic couplings. This means that, surfaces introduce additional channels for energy exchange which makes the control of surface reactions more difficult than the control of reactions in the gas phase. In fact, the quantum yield of surface photochemical reactions is often notoriously small. One of the goals of the present thesis is to suggest, on the basis of theoretical simulations, strategies to control/enhance the photodesorption yield of H$_2$ and D$_2$ from Ru(0001). For this purpose, we suggest a \textit{hybrid scheme} to control the reaction, where the adsorbate vibrations are initially excited by an infrared (IR) pulse, prior to the vis pulse. Both \textit{adiabatic} and \textit{non-adiabatic} representations for photoinduced desorption problems are employed here. The \textit{adiabatic} representation is realized within the classical picture using Molecular Dynamics (MD) with electronic frictions. In a quantum mechanical description, \textit{non-adiabatic} representations are employed within open-system density matrix theory. The time evolution of the desorption process is studied using a two-mode reduced dimensionality model with one vibrational coordinate and one translational coordinate of the adsorbate. The ground and excited electronic state potentials, and dipole function for the IR excitation are taken from first principles. The IR driven vibrational excitation of adsorbate modes with moderate efficiency is achieved by (modified) $\pi$-pulses or/and optimal control theory. The fluence dependence of the desorption reaction is computed by including the electronic temperature of the metal calculated from the two-temperature model. Here, our theoretical results show a good agreement with experimental and previous theoretical findings. We then employed the IR+vis strategy in both models. Here, we found that vibrational excitation indeed promotes the desorption of hydrogen and deuterium. To summarize, we conclude that photocontrol of this surface reaction can be achieved by our IR+vis scheme.
N2  - Heutzutage werden Reaktionen auf Oberflächen wegen ihrer vielfältigen Anwendungen intensiv untersucht. Einige der bekannten Beispiele sind die Herstellung von Ammoniak auf Metalloberflächen für die Kunstdüngerproduktion und die Reduktion giftiger Abgase in Autokatalysatoren. In letzter Zeit wurden auch photoinduzierte Reaktionen an Oberflächen eingehender untersucht, die z.B. für die Photokatalyse verwandt werden können. Häufig werden in diesen Untersuchungen sehr kurze Laserpulse benutzt. Einige der Reaktionen finden auf einer Femtosekunden-Zeitskala \mbox{(1 fs =10$^{-15}$ s)} statt, da die Bewegungen einzelner Atome in derart kurzen Zeitspannen ablaufen (durch die der Bindungsbruch und das Knüpfen neuer Bindungen verursacht wird). Diese Arbeit untersucht die femtosekunden-laserinduzierte assoziative Photodesorption von Wasserstoff, H$_2$, und Deuterium, D$_2$, von einer Rutheniumoberfläche. Viele interessante Eigenschaften dieser Reaktion wurden in Experimenten entdeckt: (i) ein großer Isotopeneffekt in der Desorptionswahrscheinlichkeit von H$_2$ und D$_2$, (ii) die Desorptionsausbeute steigt nicht-linear mit der (vis) Laserfluenz an und (iii) eine Nicht-Gleichverteilung der Energie auf die einzelnen Freiheitsgrade. Diese Auffälligkeiten sind durch den Umstand verursacht, dass der ultrakurze vis-Laserpuls heiße Elektronen im Metall erzeugt. Die heißen Elektronen transferieren dann Energie in die Schwingungen des Adsorbats, was zur Desorption führt. Tatsächlich sind die Adsorbatschwingungen stark an die Elektronen gekoppelt, nämlich durch nicht-adiabatische Kopplungen. Dies bedeutet, dass durch Oberflächen neue Kanäle für den Energietransfer geöffnet werden, was die Kontrolle von Oberflächenreaktionen im Vergleich zu solchen in der Gasphase erschwert. In der Tat sind die Quantenausbeuten von photochemischen Oberflächenreaktionen bekannterweise klein. Eines der Ziele in der vorliegenden Arbeit ist es auf der Basis von theoretischen Simulationen Strategien vorzuschlagen, um die Photodesorptionsausbeute von H$_2$ und D$_2$ von Ru(0001) zu kontrollieren bzw. zu verbessern. Zu diesem Zweck schlagen wir ein gemischtes Kontrollschema für die Reaktion vor, bei dem zunächst die Adsorbatschwingungen vor dem vis-Puls durch einen infraroten (IR) Puls angeregt werden. Sowohl adiabatische als auch nicht-adiabatische Repräsentationen für photoinduzierte Desorptionsprozesse werden dabei benutzt. Die adiabatische Repräsentation ist in klassischen Molekulardynamik-Simulationen mit elektronischer Reibung verwirklicht. In einer quantenmechanischen Beschreibung werden nicht-adiabatische Repräsentationen innerhalb der Dichtematrixtheorie für offene Quantensysteme verwandt. Die zeitliche Entwicklung des Desorptionsprozesses wird in einem Zwei-Modenmodell reduzierter Dimensionalität mit einer Schwingungs- und einer Translationskoordinate des Adsorbats beschrieben. Die Potentiale für den elektronische Grundzustand und den angeregten Zustand sind abgeleitet aus quantenchemischen Rechnungen (\textsl{first principles}). Die IR-getriebene Schwingungsanregung der Adsorbatmoden mit moderatem Wirkungsgrad wird mit (modifizierten) $\pi$-Pulsen und/oder der Theorie der optimalen Kontrolle erreicht. Die Abhängigkeit der Desorption von der Fluenz wird mit Hilfe der elektronischen Temperatur des Metalls berechnet, welche im Rahmen des Zwei-Temperatur-Modells bestimmt wird. Dabei weisen unsere Ergebnisse eine gute Übereinstimmung mit experimentellen und früheren theoretischen Arbeiten auf. Daraufhin wandten wir die IR+vis Strategie in beiden Modellen an. Dadurch konnten wir zeigen, dass Schwingungsanregung in der Tat die Desorption von Wasserstoff und Deuterium begünstigt. Zusammenfassend stellen wir fest, dass die Photokontrolle dieser Oberflächenreaktion durch unser IR+vis Schema erreichbar ist.
KW  - Quantendynamische Simulationen
KW  - Klassiche Simulationen
KW  - assoziative Photodesorption
KW  - Schwingungsanregung
KW  - Photodesorption
KW  - quantum dynamics
KW  - classical dynamics
KW  - vibrational control
KW  - vibrational excitation
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-19056
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vijayakrishnan, Balakumar
T1  - Solution and solid phase synthesis of N,N'-diacetyl chitotetraoses
T1  - Synthese von N,N'-Diacetylchitotetraosen in Lösung und an Fester Phase
N2  - The three major biopolymers, proteins, nucleic acids and glycoconjugates are mainly responsible for the information transfer, which is a fundamental process of life. The biological importance of proteins and nucleic acids are well explored and oligosaccharides in the form of glycoconjugates have gained importance recently. The β-(1→4) linked N-acetylglucosamine (GlcNAc) moiety is a frequently occurring structural unit in various naturally and biologically important oligosaccharides and related conjugates. Chitin which is the most abundant polymer of GlcNAc is widely distributed in nature whereas the related polysaccharide chitosan (polymer of GlcN and GlcNAc) occurs in certain fungi. Chitooligosaccharides of mixed acetylation patterns are of interest for the determination of the substrate specificities and mechanism of chitinases. In this report, we describe the chemical synthesis of three chitotetraoses namely GlcNAc-GlcN-GlcNAc-GlcN, GlcN-GlcNAc-GlcNAc-GlcN and GlcN-GlcN-GlcNAc-GlcNAc. Benzyloxycarbonyl (Z) and p-nitrobenzyloxycarbonyl (PNZ) were used for the amino functionality due to their ability to form the β-linkage during the glycosylation reactions through neighboring group participation and the trichloroacetimidate approach was utilized for the donor. Monomeric, dimeric acceptors and donors have been prepared by utilizing the Z and PNZ groups and coupling between the appropriate donor and acceptors in the presence of Lewis acid yielded the protected tetrasaccharides. Finally cleavage of PNZ followed by reacetylation and the deblocking of other protecting groups afforded the N,N’-diacetyl chitotetraoses in good yield. Successful syntheses for the protected diacetyl chitotetraoses by solid phase synthesis have also been described.
N2  - Die drei wichtigsten Biopolymere sind Proteine, Nukleinsäuren und Glykokonjugate. Sie sind von fundamentaler Bedeutung für lebenswichtige Prozesse, wie z.B. den Informationstransfer. Die biologische Bedeutung von Proteinen und Nukleinsäuren ist eingehend erforscht, während Oligosaccharide in Form von Glykokonjugaten erst in neuerer Zeit an Bedeutung gewonnen haben. Die β-(1→4) verknüpfte N-Acetylglucosamin (GlcNAc) Einheit kommt häufig als in vielen natürlichen und biologisch wichtigen Oligosacchariden und ihren Konjugaten vor. Chitin, ein Polymer von GlcNAc, ist in der Natur weit verbreitet, während das verwandte Polysaccharid Chitosan (Polymer of GlcN und GlcNAc) in gewissen Pilzen auftritt. Chitooligosaccharide gemischter Acetylierungsmuster sind von Bedeutung für die Bestimmung von Substratwirkungen und für den Mechanismus von Chitinasen. In dieser Arbeit beschreiben wir die chemische Synthese von drei Chitotetraosen, nämlich GlcNAc-GlcN-GlcNAc-GlcN, GlcN-GlcNAc-GlcNAc-GlcN and GlcN-GlcN-GlcNAc-GlcNAc. Benzyloxycarbonyl (Z) und p-Nitrobenzyloxycarbonyl (PNZ) wurden aufgrund ihrer Fähigkeit, die β-Verknüpfung während der Glykosylierung durch die Nachbargruppenbeteiligung zu steuern, als Aminoschutzgruppen verwendet. Zur Aktivierung der Donoren wurde die Trichloracetamidat Methode angewendet. Monomere und dimere Akzeptoren und Donoren wurden unter Verwendung von Z und PNZ Gruppen hergestellt. Die Kupplung von geeigneten Donoren und Akzeptoren in Gegenwart einer Lewis Säure ergaben die Tetrasaccharide. Schließlich ergab die Entschützung von PNZ, gefolgt von der Reacetylierung der Aminogruppe und Abspalten der übrigen Schutzgruppen die N,N’-Diacetylchitotetraosen in guten Ausbeuten. Weiterhin wird die erfolgreiche Synthese der geschützten Diacetylchitotetraosen durch Festphasensynthese beschrieben.
KW  - Chitooligosaccharide
KW  - Chemische Synthese
KW  - Festphasensynthese
KW  - Glykosylierung
KW  - Chitooligosaccharides
KW  - Chemical Synthesis
KW  - Solution phase synthesis
KW  - Solid phase synthesis
KW  - Glycosylation
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-18830
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TY  - THES
A1  - Greß, Anja
T1  - Funktionalisierte Poly(2-oxazoline) : kontrollierte Synthese, bioinspirierte Strukturbildung und Anwendungen
T1  - Functionalized Poly(2-oxazolines) : controlled synthesis, bioinspired structure formation and applications
N2  - Funktionalisierte Poly(2-oxazoline) als neue Materialien stellen sowohl unter strukturellen Gesichtspunkten als auch im Hinblick auf potentielle Anwendungen eine interessante Polymerklasse dar. Die Ausbildung von hierarchischen Strukturen mit Poly(2-oxazolinen) über intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen ist hierbei ein bisher nicht beachteter Aspekt. Über einen bioinspirierten Ansatz sollten gezielt funktionelle Gruppen, die für einen hierarchischen Aufbau, z.B. in Proteinen, verantwortlich sind, in vereinfachter Weise auf die synthetische Substanzklasse der Poly(2-oxazoline) übertragen werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der modularen Synthese neuer, funktionalisierter Poly(2-oxazolin) Homo- und Copolymere. Ausgehend von der Synthese von 2-(3-Butenyl)-2-oxazolin wurden definierte Präpolymere in einer kationischen Isomerisierungspolymerisation unter kontrolliert/„lebenden“ Bedingungen hergestellt. In einer anschließenden „Thio-Click“ (Thiol-En-Reaktion) Modifizierungsreaktion wurden die gewünschten funktionellen Gruppen quantitativ eingeführt. Hydroxylierte Poly(2-oxazoline) wurden hinsichtlich ihres Aggregationsverhaltens in Wasser untersucht. Bereits die jeweiligen Homopolymere bildeten aufgrund von intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen supramolekulare tubuläre Nanofasern aus. Durch Einsatz verschiedener analytischer Methoden konnte die innere Struktur der Nanoröhren beschrieben und ein entsprechendes Modell aufgestellt werden. Die dargestellten funktionellen Poly(2-oxazoline) wurden hinsichtlich ihrer Anwendung als potentielle, synthetische „antifreeze additives“ untersucht. Alle Polymere besitzen eine ausgeprägte Tendenz zur Nukleierung von Wasser und führen daher zu signifikanten Änderungen der Eismorphologie. Des weiteren wurde ein carboxyliertes Derivat zur biomimetischen Mineralisation von Kalziumcarbonat eingesetzt und nach phänomenologischen Gesichtspunkten untersucht.
N2  - Functionalized poly(2-oxazoline)s are a promising class of materials concerning their self-assembly behavior as well as for future applications. Hierarchical structure formation based on hydrogen bonding interactions has not been investigated yet. Applying a bioinspired approach, functional groups promoting hierarchical structure formation are introduced to poly(2-oxazoline)s. This work is focused on the modular synthesis of new functionalized poly(2-oxazoline) homo and copolymers. Starting from the synthesis of the new monomer 2-(3-butenyl)-2-oxazolin, well-defined precursor materials were prepared via cationic isomerization polymerization. Next, the polymers were quantitatively modified with the aimed functional groups using a “thio-click” (thiol-ene) reaction. The aggregation behaviour of hydroxylated poly(2-oxazolines) in water was investigated. Homo- as well as block copolymers can form supramolecular hollow nanofibers via intermolecular hydrogen bonding. Using a variety of different analytical methods, the structure of the nanotubes was determined and a formation model was proposed. Furthermore, the functionalized poly(2-oxazoline)s were investigated as synthetic mimics of natural anti-freeze additives. It was found, that these polymers show the tendency to nucleate water, thus influencing the morphology of ice. Finally, a carboxylated derivative was applied as an additive for the mineralization of calcium carbonate.
KW  - intermolekulare Wechselwirkungen
KW  - Poly(2-oxazoline)
KW  - Selbstorganisation
KW  - Thio-Click Modifizierung
KW  - Gefrierschutzadditiv
KW  - intermolecular interactions
KW  - poly(2-oxazolines)
KW  - self-assembly
KW  - Thio-click modification
KW  - antifreeze additive
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-18646
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TY  - THES
A1  - Buha, Jelena
T1  - Nonaqueous syntheses of metal oxide and metal nitride nanoparticles
T1  - Nichtwässrige Synthesen von Metalloxid- und Metallnitrid-Nanopartikeln
N2  - Nanostructured materials are materials consisting of nanoparticulate building blocks on the scale of nanometers (i.e. 10-9 m). Composition, crystallinity and morphology can enhance or even induce new properties of the materials, which are desirable for todays and future technological applications. In this work, we have shown new strategies to synthesise metal oxide and metal nitride nanomaterials. The first part of the work deals with the study of nonaqueous synthesis of metal oxide nanoparticles. We succeeded in the synthesis of In2O3 nanopartcles where we could clearly influence the morphology by varying the type of the precursors and the solvents; of ZnO mesocrystals by using acetonitrile as a solvent; of transition metal oxides (Nb2O5, Ta2O5 and HfO2) that are particularly hard to obtain on the nanoscale and other technologically important materials. Solvothermal synthesis however is not restricted to formation of oxide materials only. In the second part we show examples of nonaqueous, solvothermal reactions of metal nitrides, but the main focus lies on the investigation of the influence of different morphologies of metal oxide precursors on the formation of the metal nitride nanoparticles. In spite of various reports, the number and variety of nanocrystalline metal nitrides is marginally small by comparison to metal oxides; hence preformed metal oxides as precursors for the preparation of metal nitrides are a logical choice. By reacting oxide nanoparticles with cyanamide, urea or melamine, at temperatures of 800 to 900 °C under nitrogen flow metal nitrides could be obtained. We studied in detail the influence of the starting material and realized that size, crystallinity, type of nitrogen source and temperature play the most important role. We have managed to propose and verify a dissolution-recrystallisation model as the formation mechanism. Furthermore we could show that the initial morphology of the oxides could be retained when ammonia flow was used instead.
N2  - Nanostrukturierte Materialien sind Materialien, die aus nanopartikulären Baueinheiten in der Größenordnung von Nanonmetern (d.h. 10-9 m) bestehen. Zusammensetzung, Kristallinität und Morphologie können die natürlichen Eigenschaften dieser Materialien verbessern oder zusätzliche Eigenschaften erzeugen, die für heutige und zukünftige Anwendungen und Verfahren wünschenswert sind. In dieser Arbeit präsentieren wir neue Strategien zur Synthese von Nanopartikeln der Metaloxide und Metalnitride. Im einführenden Teil wird die nichtwässrige Synthese von Metaloxidnanopartikeln beschrieben. Uns gelang die Darstellung von In2O3 Nanopartikeln, deren Größe und Form wir durch die Wahl des Prekursors und des Lösemittels deutlich beeinflussen konnten; von ZnO Mesokristallen durch den Einsatz von Acetonitril als Lösemittel; von Übergangsmetalloxiden (Nb2O5, Ta2O5 and HfO2), die besonders schwer im Nanomaßstab zu erhalten sind und von anderen, technisch relevanten Materialien. Die Möglichkeiten der solvothermalen Synthese sind nicht mit der Darstellung von Oxidmaterialen erschöpft. Im zweiten Teil zeigen wir einige Beispiele nichtwässriger, solvothermaler Synthese von Metalnitriden auf; das Hauptaugenmerk liegt aber auf einer Betrachtung der Einflüsse der Morphologie von Metaloxidnanopartikelprekursoren auf die Bildung der Metalnitridnanopartikel. Die Anzahl und Vielfalt bekannter nanokristalliner Metalnitride ist verschwindend klein im Vergleich zu den Metaloxiden, die in der Fachliteratur etabliert sind und demzufolge einen reichen Baukasten an Prekursoren zur Darstellung von Metalnitriden liefern. Durch die Reaktion von Metaloxidnanopartikeln mit Cyanamid, Urea oder Melamine bei Temperaturen von 800 bis 900 °C unter Stickstofffluss konnten Metalnitride erhalten werden. Eine detaillierte Studie der Reaktionsbedingungen und des Reaktionsablaufs zeigte auf, dass Größe und Kristallinität der Metaloxide, die Art der Stickstoffquelle und die Temperatur die entscheidenden Faktoren sind und legte eine Auflösungs-Rekristallisation als Modelmechanismus dieser Art Reaktion nahe. Darüber hinaus konnte gezeigt worden, dass die anfängliche Morphologie des Oxids unter einem Ammoniafluss beibehalten werden konnte.
KW  - Nichtwässrige Synthese
KW  - Nanopartikel
KW  - Metalloxide
KW  - Metallnitride
KW  - nonaqueous synthesis
KW  - nanoparticles
KW  - metal oxides
KW  - metal nitrides
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-18368
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TY  - THES
A1  - Klaumünzer, Bastian
T1  - Stickstoffinversion in Azacyclen : Modellsimulationen für einen molekularen Schalter
T1  - Nitrogen inversion in azacycles : model simulations for a molecular switch
N2  - In dieser Arbeit wird durch Modellrechnungen gezeigt, wie die Stickstoffinversion in Azacyclen als molekularer Schalter genutzt werden könnte. Hierzu werden ein Fluorazetidin- und ein Fluorazacyclopentanderviat quantenchemisch untersucht. Das letztere Molekül wird auch quantendynamisch untersucht. Jedes der beiden Moleküle besitzt zwei stabile Konformationen. Es wird gezeigt, dass das Azabicyclopentanderivat von der einen Konformation mittels zweier linear polarisierter IR-Laserpulse durch sogenanntes “ladder climbing” in die andere überführt werden kann.
N2  - In this work it is shown by model simulation, how the nitrogon inversion in azacycles could be used as a molecular switch. For this a azetidine derivative and a fluoroazabicyclopentane derivative have been investigated quantumchemically. Both of the molecules have two stable conformers. The latter molecule is also investigated quantumdynamically. Its is shown that the azabicyclopentanederivative can be switched from one conformer to the other by using two linear polarised IR laser pulses via ladder climbing.
KW  - Stickstoffinversion
KW  - Azacyclen
KW  - Laserkontrolle
KW  - molekularer Schalter
KW  - nitrogen inversion
KW  - azacycles
KW  - laser control
KW  - molecular switch
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17482
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TY  - THES
A1  - Nazaran, Pantea
T1  - Nucleation in emulsion polymerization : steps towards a non-micellar nucleation theory
T1  - Teilchenbildung in der Emulsionspolymerisation
N2  - For more than 70 years, understanding of the mechanism of particle nucleation in emulsion polymerization has been one of the most challenging issues in heterophase polymerization research. Within this work a comprehensive experimental study of particle nucleation in emulsion polymerization of styrene at 70 °C and variety of conditions has been performed. To follow the onset of nucleation, on-line conductivity measurements were applied. This technique is highly sensitive to the mobility of conducting species and hence, it can be employed to follow aggregation processes leading to particle formation. On the other hand, by recording the optical transmission (turbidity) of the reaction mixture particle growth was followed. Complementary to the on-line investigations, off-line characterizations of the particle morphology and the molecular weight have been performed. The aim was to achieve a better insight in the processes taking place after starting the reaction via particle nucleation until formation of colloidally stable latex particles. With this experimental protocol the initial period of styrene emulsion polymerization in the absence as well as in the presence of various surfactants (concentrations above and below the critical micellization concentration) and also in the presence of seed particles has been investigated. Ionic and non-ionic initiators (hydrophilic and hydrophobic types) have been applied to start the polymerizations. Following the above algorithm, experimental evidence has been obtained showing the possibility of performing surfactant-free emulsion polymerization of styrene with oil-soluble initiators. The duration of the pre-nucleation period (that is the time between starting the polymerization and nucleation) can be precisely adjusted with the initiator hydrophobicity, the equilibration time of styrene in water, and the surfactant concentration. Spontaneous emulsification of monomer in water, as soon as both phases are brought into contact, is a key factor to explain the experimental results. The equilibration time of monomer in water as well as the type and concentration of other materials in water (surfactants, seed particles, etc.) control the formation rate and the size of the emulsified droplets and thus, have a strong influence on the particle nucleation and the particle morphology. One of the main tasks was to investigate the effect of surfactant molecules and especially micelles on the nucleation mechanism. Experimental results revealed that in the presence of emulsifier micelles the conductivity pattern does not change essentially. This means that the presence of emulsifiers does not change the mechanism of particle formation qualitatively. However, surfactants assist in the nucleation process as they lower the activation free energy of particle formation. Contrary, seed particles influence particle nucleation, substantially. In the presence of seed particles above a critical volume fraction the formation of new particles can be suppressed. However, micelles and seed particles as absorbers exhibit a common behavior under conditions where monomer equilibration is not allowed. Results prove that the nucleation mechanism comprises the initiation of water soluble oligomers in the aqueous phase followed by their aggregation. The process is heterogeneous in nature due to the presence of monomer droplets.
N2  - Polymere dominieren unsere Welt. Die natürlich vorkommenden Polymeren, wie Proteine, Polynukleotide, und Polysaccharide, sind nötig um das Leben zu erhalten. Ebenso wichtig sind die kommerziell erhältlichen Makromoleküle. Beides sind Bausteine, um Materialien zu konstruieren, welche man in beiden Welten finden kann- der natürlichen und der „Mensch-gemachten“ Welt. Unter den verschiedenen Polymerisationsmethoden hat sich die Emulsions-polymerisation zu einem weit verbreiteten Prozess entwickelt. Die Emulsionspolymerisation ist ein einzigartiger Polymerisationsprozess, bei dem ein Monomer oder ein Gemisch von Monomeren in einem wässrigen Medium polymerisiert wird. Dabei entsteht eine Dispersion von Polymeren, welche auch als Latex bezeichnet wird. Derzeit werden mehrere Millionen Tonnen von synthetischen Latices mit Hilfe der Emulsionspolymerisation hergestellt. Diese finden zum Beispiel Verwendung als synthetische Gummi, Latexschaum, Latexfarben, Papierbeschichtungen und Klebstoffen. Außerdem findet man sie auch bei Spezialanwendungen, wie Diagnosetests, Pharmakotherapien und chromatographischen Trennmethoden. Trotz der Vielzahl von industriellen Anwendungen, sollten all jenen, die sich mit Emulsionspolymerisation beschäftigen, den wissenschaftlichen und technologischen Herausforderungen, die sich stellen, bewusst sein. Die wichtigsten Fragen beim Umgang mit der Emulsionspolymerisation beinhalten das Verständnis des Prozesses der Partikelbildung und des Partikelwachstums. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Frage der Keimbildungs-etappe in Emulsionspolymerisationen. Die Untersuchungen wurden mit Hilfe eines on-line Leitfähigkeitsmessverfahren sowie einigen off-line analytischen Experimenten durchgeführt. Basierend auf den klaren experimentellen Daten, wurde ein besserer Einblick in die tatsächlichen Zustände des Polymerisationssystems, von der Zeit der neu geboren Kerne bis zu endgültig stabilisierten Teilchen, gewonnen.
KW  - Emulsionspolymerisation
KW  - Teilchenbildung
KW  - Nukleierung
KW  - Mizellen
KW  - emulsion polymerization
KW  - nucleation
KW  - particle formation
KW  - surfactant
KW  - micelles
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17521
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TY  - THES
A1  - Issaree, Arisara
T1  - Synthesis of Hetero-chitooligosaccharides
T1  - Synthese von Hetero-Chitooligosacchariden
N2  - Chitooligosaccharides are composed of linear β-(1→4)-linked 2-acetamido-2-deoxy-β-D-glucopyranose (GlcNAc) and/or 2-amino-2-deoxy-β-D-glucopyranose (GlcN). They are of interest due to their remarkable biological properties including antibacterial, antitumor, antifungal and elicitor activities. They can be obtained from the aminoglucan chitosan by chemical or enzymatic degradation which obviously affords rather heterogenous mixtures. On the other hand, chemical synthesis provides pure compounds with defined sequences of GlcNAc and GlcN monomers. The synthesis of homo- and hetero-chitobioses and hetero-chitotetraoses is described in this thesis. Dimethylmaleoyl and phthaloyl groups were used for protection of the amines. The donor was activated as the trichloroacetimidate in order to form the β-linkages. Glycosylation in the presence of trimethylsilyl trifluoromethanesulfonate, followed by N- and O-deprotection furnished chitobioses and chitotetraoses in good yields.
N2  - Chitooligosacchride bestehen aus linear β-(1→4)-verknüpften 2-acetamido-2-deoxy-β-D-glucopyranose (GlcNAc) and/or 2-amino-2-deoxy-β-D-glucopyranose (GlcN) Einheiten. Sie beanspruchen aufgrund ihrer bemerkenswerten biologischen Eigenschaften – u.a. antibakterielle, antitumor, antimykotische und Elicitor Aktivität - grosses Interesse. Sie sind durch chemischen oder enzymatischen Abbau von Chitosan zugänglich, wobei diese Methoden unausweichlich zu komplexen, sehr heterogenen Mischungen von Chiooligosacchariden führen. Chemische Synthesen von Chitooligosacchariden mit definierter Sequenz von GlcNAc und GlcN Einheiten sind daher von erheblichem Interesse. In der vorliegenden Arbeit werden Synthesen von partiell acetylierten Chitobiosen und –tetraosen beschrieben. Die Aminogruppen wurden als N-Dimethylmaleoyl- bzw. Phthaloylimide geschützt. Die Donoren wurden als Trichloacetimidate aktiviert, wobei aufgrund von Nachbargruppeneffekten ausschliesslich die β-Glycoside entstehen. Die Trimethylsilyltrifluoromethansulfonat-promovierte Glycosidierung geeigneter Akzeptoren lieferte schliesslich die Chitobiosen und die Chitotetraosen in guten Ausbeuten.
KW  - Kohlenhydrate
KW  - Chitooligosaccharide
KW  - Glycosylierung
KW  - Synthesemethoden
KW  - Trichloracetimidate
KW  - Carbohydrates
KW  - Chitooligosaccharides
KW  - Glycosylation
KW  - Synthetic methods
KW  - Trichloroacetimidates
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17069
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TY  - THES
A1  - Weber, Jens
T1  - Meso- und mikroporöse Hochleistungspolymere : Synthese, Analytik und Anwendungen
T1  - Meso- and microporous high performance polymers : synthesis, characterisation and application
N2  - Die Arbeit beschreibt die Synthese, Charakterisierung und Anwendung von meso- und mikroporösen Hochleistungspolymeren. Im ersten Teil wird die Synthese von mesoporösen Polybenzimidazol (PBI) auf der Basis einer Templatierungsmethode vorgestellt. Auf der Grundlage kommerzieller Monomere und Silikatnanopartikel sowie eines neuen Vernetzers wurde ein Polymer-Silikat-Hybridmaterial aufgebaut. Das Herauslösen des Silikats mit Ammoniumhydrogendifluorid führt zu mesoporösen Polybenzimidazolen mit spherischen Poren von 9 bis 11 nm Durchmesser. Die Abhängigkeit der beobachteten Porosität vom Massenverhältnis Silikat zu Polymer wurde ebenso untersucht wie die Abhängigkeit der Porosität vom Vernetzergehalt. Die Porosität vollvernetzter Proben zeigt eine lineare Abhängigkeit vom Verhältnis Silikat zu Polymer bis zu einem Grenzwert von 1. Wird der Grenzwert überschritten, ist teilweiser Porenkollaps zu beobachten. Die Abhängigkeit der Porosität vom Vernetzergehalt bei festem Silikatgehalt ist nichtlinear. Oberhalb einer kritischen Vernetzerkonzentration wird eine komplette Replikation der Nanopartikel gefunden. Ist die Vernetzerkonzentration dagegen kleiner als der kritische Wert, so ist der völlige Kollaps einiger Poren bei Stabilität der verbleibenden Poren zu beobachten. Ein komplett unporöses PBI resultiert bei Abwesenheit des Vernetzers. Die mesoporösen PBI-Netzwerke konnten kontrolliert mit Phosphorsäure beladen werden. Die erhaltenen Addukte wurden auf ihre Protonenleitfähigkeit untersucht. Es kann gezeigt werden, dass die Nutzung der vordefinierten Morphologie im Vergleich zu einem unstrukturierten PBI in höheren Leitfähigkeiten resultiert. Durch die vernetzte Struktur war des Weiteren genügend mechanische Stabilität gegeben, um die Addukte reversibel und bei sehr guten Leitfähigkeiten bis zu Temperaturen von 190°C bei 0% relativer Feuchtigkeit zu untersuchen. Dies ist für unstrukturierte Phosphorsäure/PBI - Addukte aus linearem PBI nicht möglich. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Synthese intrinsisch mikroporöser Polyamide und Polyimide vorgestellt. Das Konzept intrinsisch mikroporöser Polymere konnte damit auf weitere Polymerklassen ausgeweitet werden. Als zentrales, strukturinduzierendes Motiv wurde 9,9'-Spirobifluoren gewählt. Dieses Molekül ist leicht und vielfältig zu di- bzw. tetrafunktionellen Monomeren modifizierbar. Dabei wurden bestehende Synthesevorschriften modifiziert bzw. neue Vorschriften entwickelt. Ein erster Schwerpunkt innerhalb des Kapitels lag in der Synthese und Charakterisierung von löslichen, intrinsisch mikroporösen, aromatischen Polyamid und Polyimid. Es konnte gezeigt werden, dass das Beobachten von Mikroporosität stark von der molekularen Architektur und der Verarbeitung der Polymere abhängig ist. Die Charakterisierung der Porosität erfolgte unter Nutzung von Stickstoffsorption, Kleinwinkelröntgenstreuung und Molecular Modeling. Es konnte gezeigt werden, dass die Proben stark vom Umgebungsdruck abhängigen Deformationen unterliegen. Die starke Quellung der Proben während des Sorptionsvorgangs konnte durch Anwendung des "dual sorption" Modells, also dem Auftreten von Porenfüllung und dadurch induzierter Henry-Sorption, erklärt werden. Der zweite Schwerpunkt des Kapitels beschreibt die Synthese und Charakterisierung mikroporöser Polyamid- und Polyimidnetzwerke. Während Polyimidnetzwerke auf Spirobifluorenbasis ausgeprägte Mikroporosität und spezifische Oberflächen von ca. 1100 m²/g aufwiesen, war die Situation für entsprechende Polyamidnetzwerke abweichend. Mittels Stickstoffsorption konnte keine Mikroporosität nachgewiesen werden, jedoch konnte mittels SAXS eine innere Grenzfläche von ca. 300 m²/g nachgewiesen werden. Durch die in dieser Arbeit gezeigten Experimente kann die Grenze zwischen Polymeren mit hohem freien Volumen und mikroporösen Polymeren somit etwas genauer gezogen werden. ausgeprägte Mikroporosität kann nur in extrem steifen Strukturen nachgewiesen werden. Die Kombination der Konzepte "Mesoporosität durch Templatierung" und "Mikroporosität durch strukturierte Monomere" hatte ein hierarchisch strukturiertes Polybenzimidazol zum Ergebnis. Die Präsenz einer Strukturierung im molekularen Maßstab konnte SAXS bewiesen werden. Das so strukturierte Polybenzimidazol zeichnete sich durch eine höhere Protonenleitfähigkeit im Vergleich zu einem rein mesoporösen PBI aus. Der letzte Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der Entwicklung einer neuen Synthesemethode zur Herstellung von Polybenzimidazol. Es konnte gezeigt werden, dass lineares PBI in einer eutektischen Salzschmelze aus Lithium- und Kaliumchlorid synthetisiert werden kann. Die Umsetzung der spirobifluorenbasierten Monomere zu löslichem oder vernetztem PBI ist in der Salzschmelze möglich.
N2  - The first part of the thesis describes the synthesis and characterisation of cross linked, mesoporous poly(benzimidazole) (PBI) prepared by a hard templating approach. Silica nanoparticles were used as template and removed after the polycondensation by immersing the hybrid material in aqueous NH4HF2 solution. The resulting mesoporous PBI showed surface areas up to 200 m²/g as established by N2 BET and porosities up to 37 vol.-%. The influence of the template and cross linker content on the observable porosity was investigated. Nitrogen sorption and small angle x-ray scattering (SAXS) were employed as analytical techniques. The template morphology was reproduced almost perfectly, yielding spherical pores of 11 nm in diameter if the samples were fully cross linked. It was shown that there is a linear dependence of the porosity on the template content up to a critical weight ratio of silica/polymer. If the silica content is raised above 50 wt.-% partial collapse of pores is observed. The dependence of the porosity on the cross linker content at constant amount of template was found to be non-linear. At the absence of any cross linker, no porosity was observed after template removal. At 10 mol-% cross linker the onset of porosity could be observed. At higher cross linker contents, the porosity was nearly the same as for the fully cross linked PBI. The mesoporous PBI could be loaded with crystalline phosphoric acid to yield highly proton conductive materials. It was shown that the material retains its nanostructure when loaded with phosphoric acid even after annealing at 180_C for 12 h. The conductivity of the nanostructured samples was one to two orders of magnitude higher than the conductivity of a nonstructured sample. The impact of the cross linking density on the conductivity was also investigated. The second part of the work describes the synthesis and characterisation of microporous poly(amide)s and poly(imide)s. 9,9'-spirobifluorene derivatives were used to introduce a rigid, structure-directing motif which prevents the polymer chains from close packing. Firstly, the synthesis of soluble poly(amide)s and poly(imide) is described. It was observed that the microporosity is strongly dependent on the processing of the soluble polymers. In the case when polymers were precipitated from solvents of high polarity no microporosity was observed, while polymers prone to solvation in solvents of lower polarity exhibited microporosity as observed in nitrogen sorption measurements. Wide angle x-ray scattering (WAXS) showed that the microstructure was indeed dependent on the processing conditions. SAXS measurements of the polymers revealed that nitrogen sorption alone is not sufficient for the analysis of the porosity. A significant mismatch between the results obtained by the two methods indicated that only a fraction of the pore volume of the polymers was accessible for nitrogen molecules. The second part of the chapter describes the synthesis, characterisation and application of spirobifluorene based, cross linked poly(amide)s and poly(imide)s. The poly(amide) networks did not show any microporosity when analysed by nitrogen sorption. This led to the conclusion that the amide bond is too weak to withstand the interfacial forces. In contrast, poly(imide) networks exhibited pronounced microporosity with surface areas of around 1000 m2/g. The analysis of these networks was again done by nitrogen sorption and SAXS. Furthermore, molecular modelling was used to calculate the true and apparent densities of the networks. In case of the poly(imide) networks, the results of the various measurement techniques were in reasonable agreement. This indicates that the pore volume was nearly completely accessible. Finally it was established that the structure directing motif is necessary to obtain microporous polymers, as a poly(imide) prepared from a spatially undefined monomer did not feature microporosity. Pressure dependent SAXS measurements showed that the polymer networks undergo significant elastic deformations upon evacuation. This behavior complicates the analysis of the nitrogen sorption data, making it impossible to extract reliable pore size distributions. The third and last part of the thesis deals with the development of a new reaction medium for the synthesis of poly(benzimidazole). An eutectic salt melt, composed of lithium chloride and potassium chloride was used in an ionothermal synthesis of linear PBI, opening a green chemistry route towards PBI. The influence of the reaction conditions on the properties of the resulting polymers was investigated. The new reaction medium allowed furthermore the synthesis of linear and cross linked spirobifluorene based PBIs. This is not easily possible by using the classical synthetic pathways towards PBI. The spirobifluorene based PBIs synthesized in this work did, however not feature intrinsic microporosity.
KW  - poröse Polymere
KW  - Röntgenkleinwinkelstreuung
KW  - Gassorption
KW  - Protonenleitfähigkeit
KW  - porous polymers
KW  - small-angle x-ray scattering
KW  - gas sorption
KW  - proton conductivity
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15994
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TY  - THES
A1  - Sapei, Lanny
T1  - Characterisation of silica in Equisetum hyemale and its transformation into biomorphous ceramics
T1  - Charakterisierung von Siliciumdioxid in Winterschachtelhalmen und dessen Umwandlung in biomorphe Keramiken
N2  - Equisetum spp. (horsetail / “Schachtelhalm”) is the only surviving genus of the primitive Sphenopsids vascular plants which reached their zenith during the Carboniferous era. It is an herbaceous plant and is distinguished by jointed stems with fused whorl of nodal leaves. The plant has been used for scouring kitchen utensils and polishing wood during the past time due to its high silica encrustations in the epidermis. Equisetum hyemale (scouring rush) can accumulate silica up to 16% dry weight in its tissue, which makes this plant an interesting candidate as a renewable resource of silica for the synthesis of biomorphous ceramics. The thesis comprises a comprehensive experimental study of silica accumulations in E.hyemale using different characterisation techniques at all hierarchical levels. The obtained results shed light on the local distribution, chemical form, crystallinity, and nanostructure of biogenic silica in E.hyemale which were quite unclear until now. Furthermore, isolation of biogenic silica from E.hyemale to obtain high grade mesoporous silica with high purity is investigated. Finally, syntheses of silicon carbide (b-SiC) by a direct thermoconversion process of E.hyemale is attempted, which is a promising material for high performance ceramics. It is found that silica is deposited continuously on the entire epidermal layer with the highest concentration on the knobs. The highest silicon content is at the knob tips (≈ 33%), followed by epidermal flank (≈ 17%), and inner lower knob (≈ 6%), whereas there is almost no silicon found in the interior parts. Raman spectroscopy reveals the presence of at least two silica modifications in E.hyemale. The first type is pure hydrated amorphous silica restricted to the knob tips. The second type is accumulated on the entire continuous outer layer adjacent to the epidermis cell walls. It is lacking silanol groups and is intimately associated with polysaccharides (cellulose, hemicellulose, pectin) and inorganic compounds. Silica deposited in E.hyemale is found to be mostly amorphous with almost negligible amounts of crystalline silica in the form of a-quartz (< 7%). The silica primary particles have a plate-like shape with a thickness of about 2 nm. Pure mesoporous amorphous silica with an open surface area up to 400 m2/g can be obtained from E.hyemale after leaching the plant with HCl to remove the inorganic impurities followed by a calcination treatment. The optimum calcination temperature appears to be around 500°C. Calcination of untreated E.hyemale causes a collapse of the biogenic silica structure which is mainly attributed to the detrimental action of alkali ions present in the native plant. Finally, pure b-SiC with a surface area of about 12 m2/g is obtained upon direct pyrolysis of HCl-treated E.hyemale samples in argon atmosphere. The original structure of native E.hyemale is substantially retained in the biomorphous b-SiC. The results of this thesis lead to a better understanding of the silicification process and allow to draw conclusions about the role of silica in E.hyemale. In particular, a templating role of the plant biopolymers for the synthesis of the nanostructured silica within the plant body can be deduced. Moreover, the high grade ultrafine amorphous silica isolated from E.hyemale promises applications as adsorbent and catalyst support and as silica source for the fabrication of silica-based composites. The synthesis of biomorphous b-SiC from sustainable and low-cost E.hyemale is still in its initial stage. The present thesis demonstrates the principal possibility of carbothermal synthesis of SiC from E.hyemale with the prospect of potential applications, for instance as refractory materials, catalyst supports, or high performance advanced ceramics.
N2  - Equisetum spp. (Schachtelhalm) ist die einzige überlebende Gattung der Schachtelhalmgewächse, die ihren Zenit während der Karbon Ära erreichten. Der Schachtelhalm ist eine krautartige Pflanze und wird durch verbundene Stämme mit fixiertem Wirtel der Knotenblätter unterschieden. Aufgrund seiner hohen Siliciumdioxid Bedeckung in der Epidermis sind Winterschachtelhalmen lange Zeit zur Reinigung von Küchegeräten und zum Polieren von Holz verwendet worden. Der Winterschachtelhalm (auch Scheuerkraut genannt) kann Siliciumdioxid bis zu 16% Trockengewicht in seinem Gewebe ansammeln. Dies macht aus dieser Pflanze einen interessanten Kandidaten als erneubare Ressource von Siliciumdioxid für die Synthese von biomorphen Keramiken. Die vorliegende Doktorarbeit beinhaltet eine ausführliche experimentelle Studie der Siliciumdioxidansammlungen in Winterschachtelhalmen mittels unterschiedlicher Charakterisierungstechniken auf allen hierarchischen Ebenen. Die Ergebnisse der Arbeit werfen neues Licht auf die lokale Verteilung, die chemischen Form, die Kristallinität und die Nanostruktur des biogenen Siliciumdioxids, die bisher ziemlich unklar waren. Außerdem werden Möglichkeiten zur Isolierung des biogenen Siliciumdioxids aus Winterschachtelhalmen untersucht, um hochgradig reines Siliciumdioxid zu erhalten. Auch wird die direkte carbothermale Synthese von Siliciumkarbid (b-SiC) aus Schachtelhalmen untersucht, mit dem Ziel einer kostengünstigen Herstellung von Hochleistungskeramiken aus nachwachsenden Rohstoffen Es wird gezeigt, dass das Siliciumdioxid in einer kontinuierlichen Schicht in der Epidermis vorliegt, mit der höchsten Siliciumkonzentration in den auffälligen knopfartigen Ausbuchtungen. Den höchsten Siliciumgehalt zeigen die Knopfspitzen (≈ 33%), gefolgt von der epidermalen Flanke (≈ 17%) und inneren unteren Teile der Knöpfe (≈ 6%), während es in den inneren Teilen der Pflanze praktisch kein Silicium gibt. Ramanspektroskopie beweist eindeutig, dass mindestens zwei Siliciumdioxid Modifikationen vorhanden sind. Der erste Typ ist reines hydratisiertes amorphes Siliciumdioxid, das auf den Bereich der Knopfspitzen beschränkt ist. Der zweite Typ wird in der gesamten kontinuierlichen äußeren Schicht angesammelt, weist keine Ramanbanden von Silanolgruppen auf, und ist örtlich eng verknüpft mit Banden von Polysacchariden (Zellulose, Hemizellulose, Pektin) sowie anorganischen Verbindungen. Der Großteil des Siliciumdioxids in Winterschachtelhalmen ist amorph mit unwesentlichen Mengen an kristallinem a-Quarz (< 7%). Die primären Siliciumdioxidpartikel haben eine plattenähnliche Form mit einer Dicke von ungefähr 2 nm. Hochreines mesoporöses amorphes Siliciumdioxid mit offener Porosität und innerer Oberfläche bis zu 400 m2/g kann aus Winterschachtelhalmen isoliert werden. Dies wird erreicht indem man die Pflanze mit Salzsäure behandelt um die anorganischen Verunreinigungen zu entfernen, gefolgt von einer Kalzinierung, wobei die optimale Temperatur bei etwa 500°C liegt. Im Gegensatz zu den chemisch vorbehandelten Schachtelhalmen, verursacht die Kalzinierung von unbehandelten Winterschachtelhalmen einen Kollaps der biogenen Siliciumdioxidstruktur, und es werden nur sehr kleine innere Oberflächen erzielt. Dies wird hauptsächlich dem Einfluss der Alkaliionen zugeschrieben die in der unbehandelten Pflanze vorhanden sind. Es wird schließlich gezeigt, dass durch direkte Pyrolyse der HCl-behandelten Winterschachtelhalme in Argonatmosphäre reines b-SiC mit einer Oberfläche von ungefähr 12 m2/g erzeugt werden kann. Die ursprüngliche Struktur von natürlichen Winterschachtelhalmen bleibt dabei im Wesentlichen im biomorphen b-SiC erhalten. Die Ergebnisse dieser Arbeit führen zu einem besseren Verständnis des Silicifizierungsprozesses und erlauben es auch, Aussagen über die mögliche Rolle von Siliciumdioxid in E.hyemale zu treffen. Insbesondere kann den Pflanzenpolymeren die Rolle eines Templates bei der Synthese des biogenen Siliciumdioxids im Pflanzengewebe zugeschrieben werden. Das aus den Pflanzen isolierte ultrafeine amorphe Siliciumdioxid mit hoher Reinheit verspricht potentielle Anwendungen, z.B. als Adsorbent oder Katalysatorsupport, und auch als Füllmaterial für die Herstellung von Komopositmaterialien. Die Synthese von biomorphem b-SiC aus erneubaren und preiswerten Winterschachtelhalmen steht zwar erst am Anfang, jedoch konnte die vorliegende Arbeit die prinzipielle Machbarkeit aufzeigen. Dieses Material scheint sehr vielversprechend für eine Reihe technischer Anwendung, zum Beispiel als Refraktärmaterial, Katalysatorsupport oder neuartige Hochleistungskeramik.
KW  - Siliciumdioxid
KW  - Winterschachtelhalm
KW  - Raman
KW  - Röntgenbeugung
KW  - Mikrotomographie
KW  - silica
KW  - Equisetum hyemale
KW  - Raman
KW  - SAXS
KW  - microtomography
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15883
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TY  - THES
A1  - Adelhelm, Philipp
T1  - Novel carbon materials with hierarchical porosity : templating strategies and advanced characterization
T1  - Neue Kohlenstoffmaterialien mit hierarchischer Porosität : Strategien der Templatierung und erweiterte Charakterisierung
N2  - The aim of this work was the generation of carbon materials with high surface area, exhibiting a hierarchical pore system in the macro- and mesorange. Such a pore system facilitates the transport through the material and enhances the interaction with the carbon matrix (macropores are pores with diameters > 50 nm, mesopores between 2 – 50 nm). Thereto, new strategies for the synthesis of novel carbon materials with designed porosity were developed that are in particular useful for the storage of energy. Besides the porosity, it is the graphene structure itself that determines the properties of a carbon material. Non-graphitic carbon materials usually exhibit a quite large degree of disorder with many defects in the graphene structure, and thus exhibit inherent microporosity (d < 2nm). These pores are traps and oppose reversible interaction with the carbon matrix. Furthermore they reduce the stability and conductivity of the carbon material, which was undesired for the proposed applications. As one part of this work, the graphene structures of different non-graphitic carbon materials were studied in detail using a novel wide-angle x-ray scattering model that allowed precise information about the nature of the carbon building units (graphene stacks). Different carbon precursors were evaluated regarding their potential use for the synthesis shown in this work, whereas mesophase pitch proved to be advantageous when a less disordered carbon microstructure is desired. By using mesophase pitch as carbon precursor, two templating strategies were developed using the nanocasting approach. The synthesized (monolithic) materials combined for the first time the advantages of a hierarchical interconnected pore system in the macro- and mesorange with the advantages of mesophase pitch as carbon precursor. In the first case, hierarchical macro- / mesoporous carbon monoliths were synthesized by replication of hard (silica) templates. Thus, a suitable synthesis procedure was developed that allowed the infiltration of the template with the hardly soluble carbon precursor. In the second case, hierarchical macro- / mesoporous carbon materials were synthesized by a novel soft-templating technique, taking advantage of the phase separation (spinodal decomposition) between mesophase pitch and polystyrene. The synthesis also allowed the generation of monolithic samples and incorporation of functional nanoparticles into the material. The synthesized materials showed excellent properties as an anode material in lithium batteries and support material for supercapacitors.
N2  - Kohlenstoffmaterialien finden aufgrund ihrer Vielseitigkeit heute in den unterschiedlichsten Bereichen des täglichen Lebens ihren Einsatz. Bekannte Beispiele sind Kohlenstofffasern in Verbundwerkstoffen, Graphit als trockenes Schmiermittel, oder Aktivkohlen in Filtersystemen. Ferner wird Graphit als Elektrodenmaterial auch in Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Wegen knapper werdender Ressourcen von Öl und Gas wurde in den letzten Jahren verstärkt an der Entwicklung neuer Materialien für die Speicherung von Wasserstoff und elektrischer Energie gearbeitet. Die Nanotechnologie ist dabei auch für neue Kohlenstoffmaterialien zukunftsweisend, denn sie stellt weitere Anwendungsmöglichkeiten in Aussicht. In dieser Arbeit wurden hierzu mittels des sogenannten Nanocastings neue Kohlenstoffmaterialien für Energieanwendungen, insbesondere zur Speicherung von elektrischer Energie entwickelt. Die Eigenschaften eines Kohlenstoffmaterials beruhen im Wesentlichen auf der Struktur des Kohlenstoffs im molekularen Bereich. Die in dieser Arbeit hergestellten Materialen bestehen aus nichtgraphitischem Kohlenstoff und wurden im ersten Teil der Arbeit mit den Methoden der Röntgenstreuung genau untersucht. Eine speziell für diese Art von Kohlenstoffen kürzlich entwickelte Modellfunktion wurde dazu an die experimentellen Streubilder angepasst. Das verwendete Modell basiert dabei auf den wesentlichen Strukturmerkmalen von nichtgraphitischem Kohlenstoff und ermöglichte von daher eine detaillierte Beschreibung der Materialien. Im Gegensatz zu den meisten nichtgraphitischen Kohlenstoffen konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von Mesophasen-Pech als Vorläufersubstanz (Precursor) ein Material mit vergleichsweise geringem Grad an Unordnung ermöglicht. Solch ein Material erlaubt eine ähnlich reversible Einlagerung von Lithium-Ionen wie Graphit, weist aber gleichzeitig wegen des nichtgraphitischen Charakters eine deutlich höhere Speicherfähigkeit auf. Zur Beschreibung der Porosität eines Materials verwendet man die Begriffe der Makro-, Meso-, und Mikroporen. Die Aktivität eines Materials kann durch die Erhöhung der Oberfläche noch erheblich gesteigert werden. Hohe Oberflächen können insbesondere durch die Schaffung von Poren im Nanometerbereich erzielt werden. Um die Zugänglichkeit zu diesen Poren zu steigern, weist ein Material idealerweise zusätzlich ein kontinuierliches makroporöses Transportsystem (Porendurchmesser d > 50 nm) auf. Solch eine Art von Porosität über mehrere Größenordnungen wird allgemein als „hierarchische Porosität“ bezeichnet. Für elektrochemische Anwendungen sind sogenannte Mesoporen (d = 2 – 50 nm) relevant, da noch kleinere Poren (Mikroporen, d < 2 nm) z.B. zu einer irreversiblen Bindung von Lithium- Ionen führen können. Wird Mesophasen-Pech als Kohlenstoffprekursor verwendet, kann die Entstehung dieser Mikroporen verhindert werden. Im zweiten und dritten Teil der Arbeit konnte mit den Methoden des „Nanocastings“ zum ersten Mal die spezielle Struktur des Mesophasen-Pech basierenden Kohlenstoffmaterials mit den Vorteilen einer hierarchischen (makro- / meso-) Porosität kombiniert werden. Im ersten Syntheseverfahren wurde dazu ein sogenanntes „hartes Templat“ mit entsprechender Porosität aus Siliziumdioxid repliziert. Aufgrund der hohen Viskosität des Pechs und der geringen Löslichkeit wurde dazu ein Verfahren entwickelt, das die Infiltration des Templates auch auf der Nanometerebene ermöglicht. Das Material konnte in Form größerer Körper (Monolithen) hergestellt werden, die im Vergleich zu Pulvern eine bessere technische Verwendung ermöglichen. Im zweiten Syntheseverfahren konnte die Herstellung eines hierarchisch makro- / mesoporösen Kohlenstoffmaterials erstmals mittels eines weichen Templates (organisches Polymer) erreicht werden. Die einfache Entfernung von weichen Templaten durch eine geeignete Temperaturbehandlung, macht dieses Verfahren im Vergleich zu hart templatierten Materialien kostengünstiger und stellt eine technische Umsetzung in Aussicht. Desweiteren erlaubt das Syntheseverfahren die Herstellung von monolithischen Körpern und die Einbindung funktionaler Nanopartikel. Die hergestellten Materialien zeigen exzellente Eigenschaften als Elektrodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien und als Trägermaterial für Superkondensatoren.
KW  - Mesoporosität
KW  - hierarchische Porosität
KW  - weiche und harte Templatierung
KW  - Kohlenstoffmaterialien
KW  - Weitwinkelröntgenstreuung
KW  - Mesoporosity
KW  - hierarchical porosity
KW  - soft and hard templating
KW  - carbon materials
KW  - wide-angle x-ray scattering
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15053
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TY  - THES
A1  - Niehus, Christina
T1  - Untersuchungen zur Selektivität unterschiedlich substituierter Iminodiessigsäure-Ionenaustauscher gegenüber zweiwertigen Metallionen
T1  - Research into the selectivity of iminodiacetat-ion-exchangers compared to bivalent metals
N2  - Zur selektiven Entfernung von Schwermetallen aus industriellen Abwässern und Prozesslösungen der metallverarbeitenden Industrie werden synthetische metallkomplexierende funktionelle Polymere – mit Iminodiessigsäure (IDE) als aktive Spezies – seit Jahren erfolgreich zur Eliminierung störender Kationen eingesetzt. Ständig steigende Anforderungen an die Qualität der aufzubereitenden Wässer verlangen nach leistungsfähigen Selektivaustauschern, die den Erhalt der Eigenschaften von Prozesslösungen (z. B. pH-Wert, Salzgehalt) ermöglichen. Ziel der Untersuchungen war es, die strukturellen Matrixeinflüsse auf Beladung, Kapazität, Selektivität und Kinetik durch Variation der Matrix und der experimentellen Bedingungen näher zu untersuchen. Auf Basis einer monodispersen Erstsubstitution eines Styren-Divinylbenzen-Copolymerisates wurde durch gezielten Einbau funktioneller Gruppen – Synthese mit differenziertem Substitutionsgrad (TK/N 1-2) – versucht, systematisch den Einfluss des Substitutionsgrades der Matrix auf die Eigenschaften der Ionenaustauscher zu analysieren. Methodisch geordnet wurden zunächst die Versuche nach dem Batch- und anschließend nach dem Säulenverfahren durchgeführt und parallel dazu die Matrix charakterisiert. Das Verhalten der funktionellen Ankergruppen in Abhängigkeit vom pH-Wert der Lösung (pH-Bereich 2 - 5) wurde untersucht, der optimale Anreicherungs-pH-Wert, die maximale Beladung (Kapazität) und Selektivität der unterschiedlich substituierten Proben für die Schwermetall-Ionen Cu, Zn, Ni, Cd, Pb und Co ermittelt. Den statischen Versuchen folgten dynamische Untersuchungen im Säulenverfahren. Ziel war die Ermittlung des Durchbruchverhaltens und der Durchbruchkapazität bei optimalem pH-Wert in Abhängigkeit vom Substitutionsgrad gegenüber den Einzelmetallionen (Cu, Ni, Zn) und ausgewählten Paaren (Cu/Ni, Cu/Zn, Ni/Zn). Alle Ionenaustauscher wurden ausschließlich in der Ca-Form eingesetzt.
N2  - Selective ion exchange offers a good solution for cleaning many waste streams. The aim of this study was to develop selective ion exchange materials for effective and economical applications in waste water treatment. The investigation of chelate resins is based on iminodiacetate with different secondary substitution (degree of substitution TK/N 1 - 2, from aminoacetic acid to iminodiacetate as functional group). As comparison the weak acid resin Lewatit TP 207 was used. The research focused on the application of selective ion exchange resins for waste effluents to ascertain the feasibility of a selective ion exchange process employing chelating cation exchangers for heavy metal removal. The metals of interest were copper (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni), cobalt (Co), lead (Pb) and cadmium (Cd) and the resins appointed in the Ca-form. The batch operation was conducted to determine the equilibrium data and the operating resin capacity, one of the most important properties. The main equilibrium parameter affecting the ion exchange was the pH value (array 2-5). The best accumulation pH value was obtained using pH 5 for all metals. The only exception was lead with pH 3. After determining the viability of the different resins with batch systems, this study has focused on the column mode experiments. They were generated for the selected resins in the continuous ion exchange process which are essentially reserved for industrial applications. A practical application of the breakthrough curves is the determination of the breakthrough time which helps to find the best operating conditions.
KW  - Schwermetallentfernung
KW  - Ionenaustauscher
KW  - schwach saure Chelataustauscher
KW  - Lewatit TP 207
KW  - heavy metal removal
KW  - ion exchange
KW  - chelating cation exchanger
KW  - weak acid resin
KW  - Lewatit TP 207
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13190
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TY  - THES
A1  - Hartmann, Laura
T1  - Synthese monodisperser, multifunktionaler Poly(amidoamine) und ihre Anwendung als nicht-virale Vektoren für die Gentherapie
T1  - Synthesis of monodisperse, multifunctional poly(amidoamines) and their application as non-viral vectors for gene therapy
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese monodisperser, multifunktionaler Poly(amidoamine) (PAAs). Die Klasse der PAAs ist besonders interessant für eine Anwendung im Bereich der Biomedizin, da sie meist nicht toxisch ist, eine sehr geringe Immunogenizität zeigt und eine erhöhte Zellmembranpermeabilität besitzt. Allerdings ist der Einsatz linearer PAAs bisher limitiert, da ihre Synthese nur den Zugang von hoch-polydispersen Systemen mit einer streng alternierenden oder statistischen Verteilung von Funktionalitäten erlaubt. Es ist daher von großem Interesse diese Polymerklasse durch die Möglichkeit eines sequenzdefinierten Aufbaus und der Integration von neuen Funktionalitäten zu verbessern. Um dies zu ermöglichen, wurden, vergleichbar mit der etablierten Festphasensynthese von Peptiden, schrittweise funktionale Disäure- und Diamin-Bausteine an ein polymeres Träger-Harz addiert. Der sequenzielle Aufbau ermöglicht die Synthese monodisperser PAAs und die Kontrolle über die Monomersequenz. Die Wahl der Monomer-Bausteine und ihrer Funktionalitäten kann dabei für jede Addition neu getroffen werden und entscheidet so über die Sequenz der Funktionalitäten im Polymerrückgrat. Die verwendete Chemie entspricht dabei der Standardpeptidchemie, so dass mit Hilfe eines Peptidsynthese-Automaten die Synthese vollständig automatisiert werden konnte. Die Verwendung spezieller Trägerharze, die bereits mit einem synthetischen Polymerblock wie PEO oder auch mit einem Peptid vorbeladen waren, erlaubt die direkte Synthese von PEO- und Peptid-PAA Blockcopolymeren. Da die hier dargestellten PAAs später auf ihre Eignung als multivalente Polykationen in der Gentherapie getestet werden sollten, wurden zunächst Bausteine gewählt, die den Einbau verschiedener Aminfunktionalitäten ermöglichen. Die Bausteine müssen dabei so gewählt sein, dass sie kompatibel sind mit der Chemie des Peptidsynthesizers und eine quantitative Addition ohne Neben- oder Abbruchreaktionen garantieren. Darüber hinaus ist der Einbau von Peptidsequenzen und Disulfid-Einheiten in die PAA-Kette möglich, die z. B. für einen selektiven Abbau des Polymers im Organismus genutzt werden können. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die in dieser Arbeit vorgestellten PAA-Systeme großes Potenzial als nicht-virale Vektoren für die Gentransfektion bieten. Sie sind nicht toxisch und zeigen Zellaufnahme-Effizienzen von bis zu 77%. Die Gentransfereffizienz ist im Vergleich zu etablierten Polymer-Vektoren zwar noch sehr gering, aber die bisherigen Versuche zeigen bereits eine mögliche Ursache, nämlich die schlechte Freisetzung des Genmaterials innerhalb der Zelle. Eine Lösung dieses Problems bietet jedoch die weitere Modifizierung der PAA-Systeme durch den Einbau von Sollbruchstellen. Diese Sollbruchstellen ermöglichen einen programmierten Abbau des Polymers innerhalb der Zelle und damit sollte die Freisetzung des Genmaterials vom Träger deutlich erleichtert werden. Mögliche Bruchstellen sind z. B. enzymatisch gezielt spaltbare Peptideinheiten oder Disulfid-Einheiten, wie sie bereits als Bausteine für die PAA-Synthese vorgestellt wurden (vergl. Kapitel 4.4). Da nur innerhalb der Zelle ein reduzierendes elektrochemisches Potential besteht, werden z. B. Disulfid-Einheiten auch nur dort gespalten und bieten außerhalb der Zelle ausreichende Stabilität zum Erhalt der Polyplexstruktur. Neben einer Anwendung in der Gentherapie bieten die hier vorgestellten PAA-Systeme den Vorteil einer systematischen Untersuchung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der Polyplexe. Es wurden verschiedene Zusammenhänge zwischen der chemischen Struktur der PAA-Segmente und der Art und Stärke der DNS-Komprimierung aufgezeigt. Die Komprimierungsstärke wiederum zeigte deutlichen Einfluss auf die Internalisierungsrate und damit auch Transfektionseffizienz. Darüber hinaus zeigte sich ein drastischer Einfluss des PEO-Blocks auf die Stabilisierung der Polyplexe sowie deren intrazelluläre Freisetzung bei Zusatz von Chloroquin. Dennoch bleiben aufgrund der Komplexität der Zusammenhänge noch viele Mechanismen der Transfektion unverstanden, und es muss Aufgabe folgender Arbeiten sein, das Potential der hier eingeführten monodispersen PAA-Systeme weiter auszuloten. So wäre z. B. eine Korrelation der Kettenlänge mit den Parametern der Polyplexbildung, der Zellaufnahme und Transfektionseffizienz von großem Interesse. Darüber hinaus bietet der Einbau von Sollbruchstellen wie kurzen Peptidsequenzen oder den hier bereits eingeführten Disulfid-Einheiten neue Möglichkeiten der gezielten Freisetzung und des programmierten Abbaus, die näher untersucht werden müssen. Neben der Anwendung im Bereich der Gentransfektion sind außerdem andere Gebiete für den Einsatz von monodispersen multifunktionalen PAAs denkbar, da diese kontrollierbare und einstellbare Wechselwirkungen ermöglichen.
N2  - Recently, linear poly(amidoamine)s (PAAs) have received considerable attention due to their excellent biocompatibility and ease of synthesis.[1] PAAs are multifunctional polymers, which often exhibit low inherent immunogenicity and reduced cyto- as well as hemotoxicity in contrast to established, cationic polymers such as poly(ethylene imines) (PEI) or poly(L-lysines) (PLL).[2] This makes PAAs highly suitable for biomedical and pharmacological applications in the fields of drug and gene delivery.[1,2] However, the full potential of these polymers cannot be accessed since the synthesis proceeds via an uncontrolled polyaddition reaction leading to ill-defined products with Mw/Mn ≥ 2. This does not only make rational design of polymer properties and the precise positioning of functionalities along the polymer backbone difficult, furthermore product registration becomes complicated because legislation requires increasingly more defined products. Here we present a novel synthesis route towards multifunctional, sequence-defined polyamides.[3] A fully automated, solid-phase polymer synthesis was developed and utilized to obtain linear PAA segments. These exhibit no molecular weight or chemical distributions due to their monodispersity (Mw/Mn = 1) and their controlled monomer sequence. The compatibility of the PAA-synthesis with the standard Fmoc/tBu solid-phase supported peptide synthesis has been preserved, making this route a versatile approach to peptide-PAA (Pep-PAA) and poly(ethylene oxide)-PAA (PEO-PAA) conjugates. Several Pep-PAA and PEO-PAA conjugates were synthesized, exhibiting PAA segments with different cationic functionalities. These conjugates were analyzed concerning their cytotoxicity showing very promising results. Additionally their potential to complex plasmid-DNA and to form so-called polyplexes for non-viral gene delivery was tested. A strong relationship between the monomer sequence and the polyplex structure was observed, depending on the balance and total amount of tertiary, secondary and primary amine functionalities within the PAA-segment. Moreover the monomer sequence has a strong influence on the biological properties such as the cell-internalization of polyplexes as well as the transfection activity. This clear correlation between the chemical assembly and the resulting biological properties may help to further the understanding of the mechanisms of gene delivery by polymeric carriers and hence to promote the rational design of better suited systems. Even if the transfection activity for the PAA-polpylexes might still be not comparable to the established “gold standard” PEI, their low level of toxicity and the possibility to improve the system by adjusting the monomer sequence shows great potential as carrier systems in drug or gene delivery.
KW  - Poly(amidoamine)
KW  - Gentherapie
KW  - nicht-viral
KW  - monodispers
KW  - Monomersequenz
KW  - poly(amidoamine)
KW  - gene therapy
KW  - non-viral
KW  - monodisperse
KW  - monomer-sequence
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13129
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TY  - THES
A1  - Wattebled, Laurent
T1  - Oligomeric surfactants as novel type of amphiphiles : structure - property relationships and behaviour with additives
T1  - Oligomere Tenside als neuer Typ von Amphiphilen : Struktur-Eigenschaft-Beziehungen und Verhalten mit Additiven.
N2  - The properties of a series of well-defined new surfactant oligomers (dimers to tetramers)were examined. From a molecular point of view, these oligomeric surfactants consist of simple monomeric cationic surfactant fragments coupled via the hydrophilic ammonium chloride head groups by spacer groups (different in nature and length). Properties of these cationic surfactant oligomers in aqueous solution such as solubility, micellization and surface activity, micellar size and aggregation number were discussed with respect to the two new molecular variables introduced, i.e. degree of oligomerization and spacer group, in order to establish structure – property relationships. Thus, increasing the degree of oligomerization results in a pronounced decrease of the critical micellization concentration (CMC). Both reduced spacer length and increased spacer hydrophobicity lead to a decrease of the CMC, but to a lesser extent. For these particular compounds, the formed micelles are relatively small and their aggregation number decreases with increasing the degree of oligomerization, increasing spacer length and sterical hindrance. In addition, pseudo-phase diagrams were established for the dimeric surfactants in more complex systems, namely inverse microemulsions, demonstrating again the important influence of the spacer group on the surfactant behaviour. Furthermore, the influence of additives on the property profile of the dimeric compounds was examined, in order to see if the solution properties can be improved while using less material. Strong synergistic effects were observed by adding special organic salts (e.g. sodium salicylate, sodium vinyl benzoate, etc.) to the surfactant dimers in stoichiometric amounts. For such mixtures, the critical aggregation concentration is strongly shifted to lower concentration, the effect being more pronounced for dimers than for analogous monomers. A sharp decrease of the surface tension can also be attained. Many of the organic anions produce viscoelastic solutions when added to the relatively short-chain dimers in aqueous solution, as evidenced by rheological measurements. This behaviour reflects the formation of entangled wormlike micelles due to strong interactions of the anions with the cationic surfactants, decreasing the curvature of the micellar aggregates. It is found that the associative behaviour is enhanced by dimerization. For a given counterion, the spacer group may also induce a stronger viscosifying effect depending on its length and hydrophobicity. Oppositely charged surfactants were combined with the cationic dimers, too. First, some mixtures with the conventional anionic surfactant SDS revealed vesicular aggregates in solution. Also, in view of these catanionic mixtures, a novel anionic dimeric surfactant based on EDTA was synthesized and studied. The synthesis route is relatively simple and the compound exhibits particularly appealing properties such as low CMC and σCMC values, good solubilization capacity of hydrophobic probes and high tolerance to hard water. Noteworthy, mixtures with particular cationic dimers gave rise to viscous solutions, reflecting the micelle growth.
N2  - Die Eigenschaften einer Reihe gut definierter neuer oligomerer Tenside (von Dimeren bis zu Tetrameren) wurden untersucht. Strukturell bestehen diese oligomeren Tenside aus einfachen monomeren kationischen Tensidfragmenten, die über die hydrophile Kopfgruppe (Tetraalkyl-Ammoniumchlorid) durch „Spacer“-Gruppen unterschiedlicher Natur und Länge miteinander verbunden/gekoppelt sind. Die Eigenschaften dieser kationischen oligomeren Tenside in wässriger Lösung wie Löslichkeit, kritische Mizellbildungskonzentration und Oberflächenaktivität, Mizellgröße und Aggregationszahl werden in Bezug auf die zwei neuen molekularen Variabeln (d.h. dem Oligomerisationsgrad und der Spacer-Gruppe) untersucht, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abzuleiten. Die Erhöhung des Oligomerizationsgrads verringert stark die kritische Mizellbildungskonzentration (CMC). Eine kurze Spacer-Länge oder ein erhöhte Hydrophobie des Spacers erniedrigt die CMC ebenfalls, aber in einem geringeren Umfang. Die gebildeten Mizellen sind relativ klein und ihre Aggregationszahl nimmt mit zunehmendem Oligomerisationsgrad ab, genau wie mit zunehmender Spacerlänge oder sterischer Behinderung. Außerdem wurden Pseudo-Phasendiagramme für die Gemini-Tenside in komplexen Systemen, nämlich in inversen Mikroemulsionen untersucht. Auch hier zeigt die Spacer-Gruppe einen großen Einfluß auf das Tensidverhalten. Weiterhin wurde der Einfluss von Zusätzen auf das Eigenschaftsprofil der dimeren Tenside untersucht. Starke Synergien wurden beobachtet, wenn man spezielle organische Anionen (z.B. Natriumsalicylat, Natriumvinylbenzoat, etc.) zu den dimeren Tensiden in stöchiometrischen Mengen hinzugibt. Für solche Mischungen wird die Mizellbildungskonzentration stark zu niedrigen Konzentrationen verschoben, wobei der Effekt für die Dimere ausgeprägter als für die analogen Monomere ist. Eine Verringerung der Oberflächenspannung wird ebenfalls erreicht. Gemini-Tenside mit geeigneten Spacer-Gruppen bilden nach Zugabe ausgewählter organischer Anionen viskoelastische Lösungen, selbst wenn die dimeren Tenside nur über relativ kurz Alkylketten verfügen. Dies wurde mittels rheologischer Messungen gezeigt. Dieses Verhalten resultiert aus der Bildung langer Zylinder-Mizellen aufgrund der starken Wechselwirkung der Anionen mit den kationischen Tensiden, die die Krümmung der mizellaren Strukturen verringern. Es wurde auch festgestellt, dass das assoziative Verhalten durch die Dimerisation erhöht wird. Für ein gegebenes Gegenion kann die Spacer-Gruppe den verdickenden Effekt verstärken, in Abhängichkeit von seiner Länge und Hydrophobie. Als weitere Zusätze wurden entgegengesetzt geladene Tenside wurden mit den kationischen Dimeren kombiniert. Einige Mischungen mit dem käuflichen anionischen Tensid SDS bilden Vesikel in Lösung. Mit Blick auf diese katanionischen Mischungen wurde ein neues anionisches Gemini-Tensid, das auf EDTA basiert ist, synthetisiert und charakterisiert. Der Syntheseweg ist relativ einfach und das Tensid zeigt interessante Eigenschaften wie niedrige CMC- und scmc-Werte, gute Solubilisierungskapazität von hydrophoben Substanzen und hohe Toleranz gegen hartes Wasser. Mischungen dieses anionischen Tensids mit bestimmten kationischen Dimeren bilden visköse Lösungen, was ein starkes Mizell-Wachstum widerspiegelt.
KW  - Tenside
KW  - Oligomere
KW  - "Spacer"-Gruppe
KW  - Mizellbildung
KW  - Hydrotrope
KW  - surfactants
KW  - oligomers
KW  - spacer group
KW  - micellization
KW  - hydrotropes
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12855
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TY  - THES
A1  - Hildebrandt, Niko
T1  - Lanthanides and quantum dots : time-resolved laser spectroscopy of biochemical Förster Resonance Energy Transfer (FRET) systems
T1  - Lanthanide und Quantenpunkte : zeitaufgelöste Laserspektroskopie an biochemischen Förster-Resonanzenergietransfer (FRET) Systemen
N2  - Förster Resonance Energy Transfer (FRET) plays an important role for biochemical applications such as DNA sequencing, intracellular protein-protein interactions, molecular binding studies, in vitro diagnostics and many others. For qualitative and quantitative analysis, FRET systems are usually assembled through molecular recognition of biomolecules conjugated with donor and acceptor luminophores. Lanthanide (Ln) complexes, as well as semiconductor quantum dot nanocrystals (QD), possess unique photophysical properties that make them especially suitable for applied FRET. In this work the possibility of using QD as very efficient FRET acceptors in combination with Ln complexes as donors in biochemical systems is demonstrated. The necessary theoretical and practical background of FRET, Ln complexes, QD and the applied biochemical models is outlined. In addition, scientific as well as commercial applications are presented. FRET can be used to measure structural changes or dynamics at distances ranging from approximately 1 to 10 nm. The very strong and well characterized binding process between streptavidin (Strep) and biotin (Biot) is used as a biomolecular model system. A FRET system is established by Strep conjugation with the Ln complexes and QD biotinylation. Three Ln complexes (one with Tb3+ and two with Eu3+ as central ion) are used as FRET donors. Besides the QD two further acceptors, the luminescent crosslinked protein allophycocyanin (APC) and a commercial fluorescence dye (DY633), are investigated for direct comparison. FRET is demonstrated for all donor-acceptor pairs by acceptor emission sensitization and a more than 1000-fold increase of the luminescence decay time in the case of QD reaching the hundred microsecond regime. Detailed photophysical characterization of donors and acceptors permits analysis of the bioconjugates and calculation of the FRET parameters. Extremely large Förster radii of more than 100 Å are achieved for QD as acceptors, considerably larger than for APC and DY633 (ca. 80 and 60 Å). Special attention is paid to interactions with different additives in aqueous solutions, namely borate buffer, bovine serum albumin (BSA), sodium azide and potassium fluoride (KF). A more than 10-fold limit of detection (LOD) decrease compared to the extensively characterized and frequently used donor-acceptor pair of Europium tris(bipyridine) (Eu-TBP) and APC is demonstrated for the FRET system, consisting of the Tb complex and QD. A sub-picomolar LOD for QD is achieved with this system in azide free borate buffer (pH 8.3) containing 2 % BSA and 0.5 M KF. In order to transfer the Strep-Biot model system to a real-life in vitro diagnostic application, two kinds of imunnoassays are investigated using human chorionic gonadotropin (HCG) as analyte. HCG itself, as well as two monoclonal anti-HCG mouse-IgG (immunoglobulin G) antibodies are labeled with the Tb complex and QD, respectively. Although no sufficient evidence for FRET can be found for a sandwich assay, FRET becomes obvious in a direct HCG-IgG assay showing the feasibility of using the Ln-QD donor-acceptor pair as highly sensitive analytical tool for in vitro diagnostics.
N2  - Förster Resonanzenergietransfer (FRET) spielt eine wichtige Rolle in biochemischen Anwendungen, wie z.B. DNA-Sequenzierung, intrazellulären Protein-Protein-Wechselwirkungen, molekularen Bindungsstudien, in-vitro-Diagnostik und vielen anderen. Zur quantitativen und qualitativen Analyse werden FRET Systeme normalerweise durch molekulare Erkennung von Biomolekülen, die mit Donator- und Acceptorluminophoren markiert sind, ermöglicht. Durch die besonderen photophysikalischen Eigenschaften sowohl von Lanthanidkomplexen (Ln-Komplexen), als auch Halbleiternanokristallen (sog. Quantenpunkten oder Quantumdots - QD), sind diese besonders für FRET Anwendungen geeignet. In der vorliegenden Arbeit wird effizienter FRET zwischen Ln-Komplexen und QD in biochemischen Systemen demonstriert. Die notwendigen theoretischen und praktischen Grundlagen über FRET, Ln-Komplexe, QD und die verwendeten biochemischen Modelle werden dargestellt, und wissenschaftliche als auch kommerzielle Anwendungen werden präsentiert. FRET kann zur Messung von strukturellen Veränderungen und Dynamiken im Bereich von ca. 1 bis 10 nm verwendet werden. Der sehr starke und gut charakterisierte Bindungsprozess zwischen Streptavidin (Strep) und Biotin (Biot) wird als biomolekulares Modellsystem eingesetzt. Ein FRET System wird durch Streptavidinkonjugation mit Ln-Komplexen und QD-Biotinylierung etabliert. Drei Ln-Komplexe (einer mit Tb3+ und zwei mit Eu3+ als Zentralion) werden als Donatoren verwendet, und neben QD werden zwei weitere Acceptoren, das lumineszierende, quervernetzte Protein Allophycocyanin (APC) und ein kommerzieller Fluoreszenzfarbstoff (DY633), untersucht. FRET kann für alle Donator-Acceptor Paare nachgewiesen werden, zum einen durch sensibilisierte Acceptorlumineszenz und zum anderen durch eine über 1000-fach erhöhte Lumineszenzabklingzeit der QD mit über 100 Mikrosekunden. Mittels detailierter photophysikalischer Charakterisierung der Donatoren und Acceptoren können die Biokonjugate analysiert und die FRET Parameter berechnet werden. Für die QD FRET Systeme ergeben sich extrem große Försterradien von über 100 Å, die wesentlich größer sind als für APC und DY633 (ca. 80 bzw. 60 Å). Besondere Aufmerksamkeit gilt der Wechselwirkung mit den Zusatzreagenzien Boratpuffer, Bovines Serumalbumin (BSA), Natriumazid und Kaliumfluorid (KF) in den wässrigen Lösungen. Im Vergleich zum ausgiebig charakterisierten und vielfach verwendeten Donator-Acceptor Paar aus Europium-tris(Bipyridin) (Eu-TBP) und APC wird eine mehr als 10-fache Senkung der Nachweisgrenze für das FRET-System, bestehend aus Tb-Komplex und QD, erreicht. In azidfreiem Boratpuffer (pH 8,3) mit 2 % BSA und 0,5 M KF wird eine subpicomolare QD-Nachweisgrenze für dieses System aufgezeigt. Um den Transfer des Strep-Biot Modellsystems in eine echte in-vitro-diagnostische Anwendung zu demonstrieren, werden zwei Immuntests zum HCG-(Humanes Choriongonadotropin)-Nachweis untersucht. Sowohl HCG als auch monoklonale anti-HCG Maus-IgG-(Immunoglobulin G)-Antikörper werden mit dem Tb-Komplex bzw. mit QD markiert. Obwohl kein ausreichender Nachweis für FRET in einem immunometrischen Assay (oder Sandwichassay) erbracht werden kann, wird FRET in einem direkten HCG-IgG Assay erzielt, wodurch die Realisierbarkeit von Ln-QD Donator-Acceptor Paaren zur hochsensitiven Anwendung in der in-vitro-Diagnostik gezeigt werden kann.
KW  - FRET
KW  - Lanthanide
KW  - Quantenpunkte
KW  - Zeitaufgelöster Immunoassay
KW  - Spektroskopie
KW  - FRET
KW  - Lanthanides
KW  - Quantum Dots
KW  - Time-resolved Immunoassay
KW  - Spectroscopy
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12686
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mauser, Tatjana
T1  - Multilayer capsules with stimuli-sensitive properties : pH-response and carbohydrate-sensing
T1  - Multischicht-Hohlkugeln mit stimulisensitiven Eigenschaften : Auswirkungen von pH-Wert- und Zuckerkonzentrationsänderungen
N2  - Polyelectrolyte microcapsules containing stimuli-responsive polymers have potential applications in the fields of sensors or actuators, stimulable microcontainers and controlled drug delivery. Such capsules were prepared, with the focus on pH-sensitivity and carbohydrate-sensing. First, pH-responsive polyelectrolyte capsules were produced by means of electrostatic layer-by-layer assembly of oppositely charged weak polyelectrolytes onto colloidal templates that were subsequently removed. The capsules were composed of poly(allylamine hydrochloride) (PAH) and poly(methacrylic acid) (PMA) or poly(4-vinylpyridine) (P4VP) and PMA and varied considerably in their hydrophobicity and the influence of secondary interactions. These polymers were assembled onto CaCO3 and SiO2 particles with diameters of ~ 5 µm, and a new method for the removal of the silica template under mild conditions was proposed. The pH-dependent stability of PAH/PMA and P4VP/PMA capsules was studied by confocal laser scanning microscopy (CLSM). They were stable over a wide pH-range and exhibited a pronounced swelling at the edges of stability, which was attributed to uncompensated positive or negative charges within the multilayers. The swollen state could be stabilized when the electrostatic repulsion was counteracted by hydrogen-bonding, hydrophobic interactions or polymeric entanglement. This stabilization made it possible to reversibly swell and shrink the capsules by tuning the pH of the solution. The pH-dependent ionization degree of PMA was used to modulate the binding of calcium ions. In addition to the pH-sensitivity, the stability and the swelling degree of these capsules at a given pH could be modified, when the ionic strength of the medium was altered. The reversible swelling was accompanied by reversible permeability changes for low and high molecular weight substances. The permeability for glucose was evaluated by studying the time-dependence of the buckling of the capsule walls in glucose solutions and the reversible permeability modulation was used for the encapsulation of polymeric material. A theoretical model was proposed to explain the pH-dependent size variations that took into account an osmotic expanding force and an elastic restoring force to evaluate the pH-dependent size changes of weak polyelectrolyte capsules. Second, sugar-sensitive multilayers were assembled using the reversible covalent ester formation between the polysaccharide mannan and phenylboronic acid moieties that were grafted onto poly(acrylic acid) (PAA). The resulting multilayer films were sensitive to several carbohydrates, showing the highest sensitivity to fructose. The response to carbohydrates resulted from the competitive binding of small molecular weight sugars and mannan to the boronic acid groups within the film, and was observed as a fast dissolution of the multilayers, when they were brought into contact with the sugar-containing solution above a critical concentration. It was also possible to prepare carbohydrate-sensitive multilayer capsules, and their sugar-dependent stability was investigated by following the release of encapsulated rhodamine-labeled bovine serum albumin (TRITC-BSA).
N2  - Die Entwicklung von stimulisensitiven Systemen hat in den vergangenen Jahren großes Interesse hervorgerufen. Diese Systeme verändern ihre Eigenschaften in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen und haben potenzielle Anwendungsgebiete im Bereich von Sensoren und der kontrollierten Wirkstofffreisetzung. Beispiele für äußere Einflüsse sind die Temperatur, die Salzkonzentration der Lösung, der pH-Wert oder die Gegenwart bestimmter chemischer Substanzen. Polyelektrolyt-Multischicht-Hohlkugeln stellen viel versprechende stimulisensitive Systeme dar, da sie aus dünnen Membranen mit veränderbaren Eigenschaften aufgebaut sind, und eingekapselte Substanzen definiert freigesetzt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zum einen Polyelektrolytkapseln untersucht, deren Stabilität, Größe und Durchlässigkeit abhängig ist vom pH-Wert und der Salzkonzentration der Lösung. Zum anderen wurden Hohlkugeln entwickelt, deren Stabilität durch die Gegenwart verschiedener Zucker in der umgebenden Lösung beeinflusst wurde. Hierbei war es möglich, eine eingekapselte Substanz in Abhängigkeit der Zuckerkonzentration der Lösung freizusetzen. pH-sensitive Polyelektrolyt-Hohlkugeln wurden mit Hilfe der elektrostatischen Layer-by-Layer Methode aufgebaut. Hierbei wurden abwechselnd schwache Polysäuren und Polybasen auf kolloidalen Partikeln adsorbiert und in einem weiteren Schritt wurde das Templat entfernt. Als Polyelektrolyte fanden Poly(allylaminhydrochlorid) (PAH) und Poly(methacrylsäure) (PMA) bzw. Poly(4-vinylpyridin) (P4VP) und PMA Verwendung. Diese zwei Systeme unterscheiden sich in ihren hydrophoben Eigenschaften und dem Einfluss von Sekundärwechselwirkungen. Die Polymere wurden auf CaCO3 und SiO2 Partikeln mit Durchmessern von ~ 5 µm aufgebracht, und eine neue Methode zum Entfernen des Silica-Templats wurde vorgestellt. Die pH-abhängige Stabilität von PAH/PMA und P4VP/PMA Hohlkugeln wurde mit der konfokalen Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Beide Systeme waren über einen breiten pH-Bereich stabil und zeigten an der Grenze der Stabilität ein ausgeprägtes Schwellen, das den unkompensierten positiven oder negativen Ladungen der Mulitschichten zugeordnet werden konnte. Gab es innerhalb der Multischichten stabilisierende Wechselwirkungen, z.B. Wasserstoffbrückenbindungen oder hydrophobe Anziehungskräfte, welche der elektrostatischen Destabilisierung entgegenwirkten, so ließ sich der geschwollene Zustand stabilisieren. Diese Stabilisierung ermöglichte das reversible Schwellen der Hohlkugeln durch Veränderung des pH-Wertes der Lösung. Der pH-abhängige Ionisationsgrad von PMA wurde zur Bindung von Calcium-Ionen verwendet. Die Stabilität und das Schwellen der Hohlkugeln konnten durch Variation der Ionenstärke der Lösung modifiziert werden. Das reversible Schwellen wurde von reversiblen Permeabilitätsänderungen für nieder- und hochmolekulare Substanzen begleitet. Die Permeabilität für Glucose wurde mit Hilfe der Zeitabhängigkeit der Verformung der Kapselmembranen in Glucoselösungen untersucht, und die reversible Veränderung der Permeabilität wurde zur Einkapselung von Polymeren verwendet. Die pH-abhängigen Größenänderungen ließen sich mit einem theoretischen Modell beschreiben, das von einem Kräftegleichgewicht zwischen einer osmotischen expansiven Kraft und einer elastischen kontraktiven Kraft ausging. Als zweites stimulisensitives System wurden zuckersensitive Multischichten untersucht. Diese wurden über reversible kovalente Esterbindungen stabilisiert. Als Polymere für den Schichtaufbau fanden das Polysaccharid Mannan und Polyacrylsäure, die mit Aminophenylboronsäure modifiziert war, Verwendung. Die daraus entstehenden Multischichten waren sensitiv gegenüber verschiedenen Kohlenhydraten, mit der größten Selektivität für Fructose. Diese Affinitäten ergaben sich aus der kompetitiven Bindung zwischen niedermolekularen Zuckern und Mannan an die Boronsäuregruppen. Oberhalb einer kritischen Zuckerkonzentration kam es zur schnellen Auflösung der Multischichten. Darüber hinaus war es möglich zuckersensitive Polymerkapseln herzustellen, deren zuckerabhängige Stabilität durch die Freisetzung von eingekapseltem Rinderserumalbumin verfolgt wurde.
KW  - layer-by-layer
KW  - stimuli-response
KW  - polyelectrolyte
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12529
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Dosche, Carsten
A1  - Mickler, Wulfhard
A1  - Löhmannsröben, Hans-Gerd
A1  - Agenet, Nicolas
A1  - Vollhardt, K. Peter C.
T1  - Photoinduced electron transfer in [N]phenylenes
N2  - First studies of electron transfer in [N]phenylenes were performed in bimolecular quenching reactions of angular [3]- and triangular [4]phenylene with various electron acceptors. The relation between the quenching rate constants kq and the free energy change of the electron transfer (ΔG0CS ) could be described by the Rehm-Weller equation. From the experimental results, a reorganization energy λ of 0.7 eV was derived. Intramolecular electron transfer reactions were studied in an [N]phenylene bichomophore and a corresponding reference compound. Fluorescence lifetime and quantum yield of the bichromophor display a characteristic dependence on the solvent polarity, whereas the corresponding values of the reference compound remain constant. From the results, a nearly isoenergonic ΔG0CS can be determined. As the triplet quantum yield is nearly independent of the polarity, charge recombination leads to the population of the triplet state.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 23 
KW  - [N]phenylenes
KW  - photoinduced electron transfer
KW  - [N]phenylene dyads
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12463
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Brendler, Christian
A1  - Bechmann, Wolfgang
T1  - Pestizideinsatz gegen die Rosskastanien-Miniermotte (Cameraria ohridella) im Stadtgebiet Potsdam
BT  - Rückstandsanalytik 2005
N2  - In Deutschland hat sich in den letzten zehn Jahren die aus dem Balkan eingewanderte Rosskastanien-Miniermotte verbreitet; sie richtet vor allem in Ballungsgebieten an der weiß blühenden Rosskastanie starke Schäden an. Neben der vollständigen mechanischen Beseitigung und Entsorgung des Falllaubes im Herbst eignen sich zur Bekämpfung chemische Pflanzenschutzmittel. In Potsdam sind 2001 und 2003 an zwei Standorten befallene Rosskastanien versuchsweise mit zwei unterschiedlichen Pestiziden erfolgreich behandelt worden. 2005 wurden die Standorte beprobt und die Bodenproben auf Rückstände der verwendeten Mittel untersucht. TerraTech möchte Kommunen mit vergleichbarem Problem Hinweise auf Bekämpfungsmethoden geben, veröffentlicht diesen Beitrag aber vor allem unter dem Gesichtspunkt des Boden- und Grundwasserschutzes.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 15 
KW  - Bodenschutz
KW  - Pestizid
KW  - Grundwasserschutz
KW  - Schädlingsbekämpfung
KW  - Untersuchung
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12366
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Engelbrecht, Rainer
A1  - Lau, Steffen
A1  - Salffner, Katharina
A1  - Löhmannsröben, Hans-Gerd
T1  - Fasergekoppelte NIR-Diodenlaser-Spektrometer zur simultanen und isotopen-aufgelösten Messung von CO und CO2 : Anwendungen in Plasma-Diagnostik und Bodengasanalyse
N2  - Die Anwendung zweier ähnlicher fasergekoppelte Diodenlaser-Spektrometer-Systeme werden vorgestellt. Basis sind handelsübliche DFB-Laserdioden der optischen Kommunikationstechnik. Der faseroptische Aufbau, das Detektionsverfahren (2f Wellenlängenmodulations-Spektroskopie mit Balanced Receiver), Rauschverhalten und Detektionslimit werden diskutiert. Zur in-situ Plasma-Diagnostik von CO- und CO2-Konzentrationen in industriellen CO2-Lasern der Materialbearbeitung wurde eine Wellenlänge von 1582 nm verwendet. Bei einem Gasdruck von 100 hPa und einer Absorptionsweglänge von 14,9 cm wurden mit einer Laserdiode simultan CO- und CO2-Konzentrationen von 0% bis 11% im Gasgefäß bei laufender Hochfrequenzgasentladung des CO2-Lasers zeitaufgelöst gemessen. Vorgestellt und diskutiert werden Aufbau und Eigenschaften des Spektrometers sowie die Ergebnisse der dynamischen Gasanalysen, die zu einer Verbesserung der Katalysator-Technik im CO2-Laser beigetragen haben.Mit isotopenaufgelöster CO- und CO2-Spektroskopie können biologische Gasaustauschprozesse, z.B. in Gasen aus dem Erdboden untersucht werden. Hierzu wurde ein fasergekoppeltes feldtaugliches Diodenlaser-Spektrometer bei Wellenlängen um 1605 nm zur Messungder Isotopologe 12C16O, 13C16O, 12C18O und 12C16O2, 13C16O2, 12C18O16O aufgebaut. Die Messung erfolgt extraktiv in Langwegzellen mit unterschiedlichen Absorptionsweglängen von 100.9 m und 29.9 m. Es werden Kalibrationsmessungen zur Linearität und zur Präzision der Bestimmung der Isotopenverhältnisse sowie Wiederholungsmessungen zur Stabilität vorgestellt. Nachweisgrenzen von wenigen ppm konnten für die CO- und CO2-Isotopologen erhalten werden.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 13 
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12348
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Kumke, Michael Uwe
A1  - Eidner, Sascha
T1  - Fluorescence and energy transfer processes of humic substances and related model compounds in terbium complexes
N2  - The fluorescence properties and the fluorescence quenching by Tb3+ of substituted benzoic acid were investigated in solution at different pH. The substituted benzoic acids were used as simple model compounds for chromophores present in humic substances (HS). It is shown that the fluorescence properties of the model compounds resemble fluorescence of HS quite well. A major factor determining the fluorescence of model compounds are proton transfer reactions in the electronically excited state. It is intriguing that the fluorescence of the model compounds was almost not quenched by Tb3+ while the HS fluorescence was decreased very effectively. From our results we concluded that proton transfer reactions as well as conformational reorientation processes play an important role in the fluorescence of HS. The luminescence of bound Tb3+ was sensitized by an energy transfer step upon excitation of the model compounds and of HS, respectively. For HS the observed sensitization was dependent on its origin indicating differences 1) in the connection between chromophores and binding sites and 2) in the energy levels of the chromophore triplet states. Hence, the observed sensitization of the Tb3+ luminescence could be useful to characterize structural differences of HS in solution. Interlanthanide energy transfer between Tb3+ and Nd3+ was used to determine the average distance R between both ions using the well-known formalism of luminescence resonance energy transfer. R was dependent on the origin of the HS reflecting the difference in structure. The value of Rmin seemed to be a unique feature of the HS. It was further found that upon variation of the pH R also changed. This demonstrates that the measurement of interlanthanide energy transfer can be used as a direct method to monitor conformational changes in HS.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 10 
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12255
ER  - 
TY  - THES
A1  - Note, Carine
T1  - Influence of hydrophobically modified polyelectrolytes on nanoparticle synthesis in self-organized systems and in water
T1  - Einfluss von hydrophob modifizierten Polyelektrolyten auf die Nanopartikelsynthese in selbst-organisierten Systemen und in Wasser
N2  - The formation of colloids by the controlled reduction, nucleation, and growth of inorganic precursor salts in different media has been investigated for more than a century. Recently, the preparation of ultrafine particles has received much attention since they can offer highly promising and novel options for a wide range of technical applications (nanotechnology, electrooptical devices, pharmaceutics, etc). The interest derives from the well-known fact that properties of advanced materials are critically dependent on the microstructure of the sample. Control of size, size distribution and morphology of the individual grains or crystallites is of the utmost importance in order to obtain the material characteristics desired. Several methods can be employed for the synthesis of nanoparticles. On the one hand, the reduction can occur in diluted aqueous or alcoholic solutions. On the other hand, the reduction process can be realized in a template phase, e.g. in well-defined microemulsion droplets. However, the stability of the nanoparticles formed mainly depends on their surface charge and it can be influenced with some added protective components. Quite different types of polymers, including polyelectrolytes and amphiphilic block copolymers, can for instance be used as protecting agents. The reduction and stabilization of metal colloids in aqueous solution by adding self-synthesized hydrophobically modified polyelectrolytes were studied in much more details. The polymers used are hydrophobically modified derivatives of poly(sodium acrylate) and of maleamic acid copolymers as well as the commercially available branched poly(ethyleneimine). The first notable result is that the polyelectrolytes used can act alone as both reducing and stabilizing agent for the preparation of gold nanoparticles. The investigation was then focused on the influence of the hydrophobic substitution of the polymer backbone on the reduction and stabilization processes. First of all, the polymers were added at room temperature and the reduction process was investigated over a longer time period (up to 8 days). In comparison, the reduction process was realized faster at higher temperature, i.e. 100°C. In both cases metal nanoparticles of colloidal dimensions can be produced. However, the size and shape of the individual nanoparticles mainly depends on the polymer added and the temperature procedure used. In a second part, the influence of the prior mentioned polyelectrolytes was investigated on the phase behaviour as well as on the properties of the inverse micellar region (L2 phase) of quaternary systems consisting of a surfactant, toluene-pentanol (1:1) and water. The majority of the present work has been made with the anionic surfactant sodium dodecylsulfate (SDS) and the cationic surfactant cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) since they can interact with the oppositely charged polyelectrolytes and the microemulsions formed using these surfactants present a large water-in-oil region. Subsequently, the polymer-modified microemulsions were used as new templates for the synthesis of inorganic particles, ranging from metals to complex crystallites, of very small size. The water droplets can indeed act as nanoreactors for the nucleation and growth of the particles, and the added polymer can influence the droplet size, the droplet-droplet interactions, as well as the stability of the surfactant film by the formation of polymer-surfactant complexes. One further advantage of the polymer-modified microemulsions is the possibility to stabilize the primary formed nanoparticles via a polymer adsorption (steric and/or electrostatic stabilization). Thus, the polyelectrolyte-modified nanoparticles formed can be redispersed without flocculation after solvent evaporation.
N2  - Die Bildung von Kolloiden durch kontrollierte Reduktion, durch Keimbildung und durch Wachstum anorganischer Precurser in unterschiedlichen Medien wird seit mehr als einem Jahrhundert intensiv beforscht. Vor kurzem hat die Herstellung ultrafeiner Partikel viel Aufmerksamkeit errungen, da sich hieraus vielversprechende neue Möglichkeiten für ein breites Spektrum an technischen Anwendungen (Nanotechnologie, elektrooptische Materialen, Pharmazeutik, usw.) ergeben. Das Interesse leitet sich von der weithin bekannten Tatsache ab, dass die Eigenschaften der „advanced materials“ von der Mikrostruktur der Probe deutlich abhängig sind. Die gezielte Steuerung der Größe, der Größenverteilung und der Morphologie der einzelnen Keime oder Kristallite ist von größter Wichtigkeit, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Verschiedene Methoden können für die Synthese von Nanopartikel verwendet werden. Einerseits kann eine Reduktion in verdünnten wässrigen oder alkoholischen Lösungen stattfinden, andererseits kann der Reduktionsprozess in einer Templatphase, z.B. in definierten Mikroemulsionströpfchen stattfinden. Die Stabilität der produzierten Nanopartikel hängt hauptsächlich von ihrer Oberflächenladung ab, welche durch schützende Komponenten zusätzlich beeinflusst werden kann. Verschiedene Arten von Polymeren, einschließlich Polyelektrolyte und amphiphile Blockcopolymere, können als solche Komponenten benutzt werden. Die Reduktion und Stabilisierung von Metallkolloiden in der wässrigen Lösung durch Addition von hydrophob modifizierten Polyelektrolyten werden bereits ausführlich studiert. Die verwendeten Polymere sind hydrophob modifizierte Derivate des Natrium-Polyacrylat, der Maleinsäure Copolymere sowie das verzweigte Poly(ethylenimin). Erstaunlicherweise genügt bereits die Anwesenheit die verwendeten Polyelektrolyte zu Reduzierung und Stabilisierung der Goldnanopartikel. Darüber hinaus wurde der Einfluss der hydrophoben Seitenkette des Polymer auf den Reduktions- und Stabilisierungsprozess bei unterschiedliche Reaktionstemperatur untersucht. In beiden Fällen können Metallnanopartikel kolloidaler Größe hergestellt werden, jedoch hängt die Größe und die Form der einzelnen Nanopartikel hauptsächlich vom dem zugefügten Polymer und vom verwendeten Temperaturverfahren ab. Im zweiten Teil wurde der Einfluss der vorher erwähnten Polyelektrolyte auf das Phaseverhalten sowie auf die Eigenschaften der inversen mizellaren Region (L2 Phase) der quaternären Systeme untersucht, die aus einem Tensid, Toluol-Pentanol – Gemisch (1:1) sowie Wasser bestehen. Dabei wurden hauptsächlich ionische Tenside, wie z.B. das anionische Natriumdodecylsulfate (SDS) und das kationische Cetyltrimethylammonium-bromid (CTAB) verwendet, da sie mit den geladenen Polyelektrolyten wechselwirken können. Darüber hinaus wurden die polymer-modifizierten Mikroemulsionen als neue Template für die Synthese von anorganischen Nanopartikeln verwendet. Die Wassertröpfchen können in der Tat als Nanoreaktoren für die Keimbildung und das Wachstum der Partikel dienen, und das zugefügte Polymer kann die Tröpfchengröße, die Tröpfchen-Tröpfchen Wechselwirkungen, sowie die Stabilität des Tensidfilms durch Polyelektrolyt-Tensid Komplexbildung beeinflussen. Ein weiterer Vorteil der polymer-modifizierten Mikroemulsionen ist die Stabilizierung der produzierten Primärteilchen über eine Polymeradsorption (durch sterische bzw. elektrostatische Stabilisierung), welche eine Redispergierung der Polyelektrolyte-modifiziert Nanopartikel, nach Lösungsmittel-verdampfung, ohne Aggregation der Partikel erlaubt.
KW  - Mikroemulsion
KW  - Nanopartikel
KW  - Polyelektrolyte
KW  - microemulsion
KW  - polyelectrolyte
KW  - nanoparticle
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-11670
ER  - 
TY  - THES
A1  - Peikow, Dirk
T1  - Synthese und Glycosidasehemmung von Thio-analogen Kohlenhydraten
T1  - Synthesis and glycosidase inhibition of thio-analogues carbohydrates
N2  - Chitin ist ein Polysaccharid, welches aus N-Acetylglucosamin (GlcNAc) aufgebaut ist. Das Biopolymer kommt in der Natur in Invertebraten, Algen, Pilzen und Einzellern vor. Chitinasen hydrolysieren Chitin. Diese Enzyme sind essentiell für die Regulierung und Entwicklung von Arthropoden und Mikroorganismen. Sie fungieren in Pflanzen als Phytoalexine.  Das verstärkt das Interesse am Design neuer natürlicher und synthetischer Chitinase-inhibitoren, die als potentielle Insektizide, Fungizide, Antimalaria bzw. Antiasthmatika eingesetzt werden können.  Ziel dieser Arbeit war die Synthese von neuen Thioglycosidanaloga von N-Acetyl-chitooligosacchariden und deren Untersuchung als Enzyminhibitoren.  Die geschützten 4-O-Tf-galactopyranosylthioglycoside wurden aus den korrespondierenden p-Methoxyphenylglycosiden von GlcNAc nach einer neuen Methode in einer Stufe hergestellt. Die Reaktion der galacto-Triflate mit 2-Acetamido-3,4,6-tri-O-acetyl-2-desoxy-1-thio-ß-D-glucopyranose in Gegenwart von Natriumhydrid und 15-Krone-5 in THF lieferte die Pseudo-Trisaccharide. Die Herstellung der Glycosyl-Thiazoline aus den entsprechenden p-Methoxyphenyl-glycosiden mit Lawesson's Reagenz ist nach einem neuen Reaktionsweg beschrieben wie auch die Synthese der Thioacetamide von GlcNAc-Oligomeren. Die Pseudo-Oligosaccharide wurden als Inhibitoren der Chitinasen von Serratia marcescens, Chironomus tentans, Acanthocheilonema viteae und Hevaea brasiliensis sowie der N-Acetyl-glucosaminidase von Chironomus tentans getestet. In einigen Fällen ergab sich eine Hemmung (IC50) im µM-Bereich.
N2  - Chitin is a polysaccharide composed of N-acetylglucosamine (GlcNAc). The biopolymer is distributed in Invertebrates, algae, fungi and Protozoa. Chitinases hydrolyse chitin. These enzymes are essential for the regulation and development of Arthropoda and micro organisms. In bacteria chitinase degrade chitin as source of carbon and act in plants as phytoalexins. Currently, there is a great interest in the design of novel natural and synthetic chitinase inhibitors, which may act as potential insecticides, fungicides, antimalaria or antiasthmatics. Thio-oligosaccharides and related thio-glycosides are rarely described in the literature. Thio-analogues of oligosaccharides derived from N-acetylglucosamine are of interest as potential enzyme inhibitors. The synthesis and enzymatic investigations of thio-glycoside analogues of N-acetyl-chitooligosaccharides are described in this thesis. The protected 4-O-Tf-galactopyranosyl thioglycosides were prepared by a new method in one step from the corresponding p-methoxyphenyl glycosides of N-acetylglucosamine. Coupling of galacto-triflates with 2-acetamido-3,4,6-tri-O-acetyl-2-deoxy-1-thio-ß-D-glucopyranose in the presence of sodium hydride and 15-crown-5 in THF, followed by deprotection, afforded the pseudo-trisaccharides.  The preparation of glycosyl thiazolines by a new manner from the analogues p-methoxyphenyl glycosides with Lawesson's reagent is also described however the synthesis of thioacetamides of N-acetylglucosamine. The pseudo-oligosaccharides were tested for inhibition of chitinases from Serratia marcescens, Chironomus tentans, Acanthocheilonema viteae, and Hevaea brasiliensis, and also with N-acetyl-glucosaminidase from Chironomus tentans. Inhibition with IC50 values in the µM range was found in a few cases.
KW  - Chitin
KW  - Chitinasen
KW  - N-Acetyl-chitooligosaccharide
KW  - Thioglycoside
KW  - potentielle Chitinaseinhibitoren
KW  - chitin
KW  - chitinase
KW  - N-acetyl-chitooligosaccharides
KW  - thio-glycosides
KW  - potential chitinase inhibitors
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-11192
ER  - 
TY  - THES
A1  - Meyer, Matthias
T1  - PIPOX-PEP : kontrollierte Synthese und Aggregationsverhalten von Blockcopolymeren mit schaltbarer Hydrophilie
T1  - PIPOX-PEP : controlled synthesis and aggregation behaviour of blockcopolymers with switchable hydrophilicity
N2  - Es wurden Poly(2-isopropyl-2-oxazolin)-Makroinitiatoren mit terminaler Ammoniumtrifluoracetat-Endgruppe synthetisiert, die anschließend für die Ammonium vermittelte NCA Polymerisation in NMP eingesetzt wurden. Die hierbei synthetisierten Poly(2-isopropyl-2-oxazolin)-block-poly(L-glutamat) (PIPOX-PEP) Blockcopolymere hatten eine Molekulargewichtsverteilung von 1,2 (UZ). Es wurde beobachtet, dass Poly(2-isopropyl-2-oxazolin) bei langen Zeiten oberhalb der LCST irreversibel sphärische Strukturen bildet, die eine hierarchische Struktur besitzen und bei denen es sich möglicherweise um "large compound micelles" handelt. PIPOX-PEP kann in wässeriger Lösung bei langen Zeiten oberhalb der LCST "cottonball" Strukturen bilden. Die Aggregate wurden mittels Lichtstreuung, NMR und TEM charakterisiert. Im Rahmen der Arbeit wurden Strukturbildungsmodelle entwickelt.
N2  - A convenient procedure for the synthesis of well-defined poly(2-isopropyl-2-oxazoline)-block-poly(L-glutamate) (PIPOX-PEP) through combined cationic/anionic ring-opening polymerization is described. The key step is the preparation of an ω-(ammonium trifluoroacetate)-poly(2-isopropyl-2-oxazoline), which is used as a macroinitiator for the “ammonium-mediated” polymerization of γ-benzyl L-glutamate N-carboxyanhydride (NCA). PIPOX is a thermoresponsive polymer exhibiting a lower critical solution temperature (LCST) near human body temperature, while PEP responds to changes in pH (helix-to-coil transition). The phase behavior of aqueous PIPOX and PIPOX-PEP solutions has been characterized by means of light scattering, NMR spectroscopy, and transmission electron microscopy (TEM). Phase transition is usually reversible, but renders irreversible when solution are annealed for longer times at 65 °C, far above the LCST. Coagulate particles with hierarchical ordering in the range of nanometers to micrometers, considered as “large compound micelles” or “cottonballs”, are then produced. A tentative mechanism for the formation of such particles is described.
KW  - Polymer
KW  - Polyoxazolin
KW  - Polypeptid
KW  - Aggregate
KW  - polyoxazoline
KW  - polypeptide
KW  - aggregate
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-10832
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rettig, Hartmut Arnim
T1  - Methoden zur Synthese von definierten bioorganisch-synthetischen Blockcopolymeren
T1  - Pathways to defined bioorganic-synthetic conjugates
N2  - Bioorganisch-synthetische Blockcopolymere sind sowohl für die Materialwissenschaft als auch für die Medizin hochinteressant. Diese Arbeit beschäftigte sich mit neuen Synthesewegen für die Herstellung dieser Blockcopolymere. Zunächst wurde der klassische Ansatz zur Herstellung eines Blockcopolymers über die Kupplung der beiden Segmente aufgegriffen. Hierzu wurde eine Methode zur Synthese von selektiv säureendfunktionalisierten Polyacrylaten mittels einer terminalen Benzylesterschutzgruppe vorgestellt. Für die Herstellung von bioorganisch-synthetischen Blockcopolymeren mit einem größeren Polymersegment wurde daher ein anderer Syntheseansatz entwickelt. Dieser geht von einem funktionalisierten Oligopeptid aus, an dem durch Polymerisation das synthetische Segment aufgebaut wird. Der Aufbau erfolgte durch kontrolliert radikalische Polymerisation, um ein möglichst definiertes Segment zu erhalten. Zunächst wurde eine Synthese von Oligopeptid-Makroinitiatoren für die ATRP-Polymerisation durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass in geeigneten polaren Lösungsmitteln (DMSO, DMF) eine Polymerisation mit dem ATRP-Oligopeptid-Makroinitiator erfolgreich ist. Allerdings treten während der Polymerisation Wechselwirkungen zwischen dem Katalysator und dem Oligopeptid auf. Eine Alternative bietet die RAFT-Polymerisation, da sie ohne einen Katalysator durchgeführt wird. Es gelang ausgehend von dem Oligopeptid-ATRP-Makroinitiator den Überträger herzustellen. Die RAFT-Polymerisation mit einem Oligopeptidüberträger stellt eine wichtige Methode für die Herstellung von bioorganisch-synthetischen Blockcopolymeren dar. Sie besitzt eine hohe Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen. Die so hergestellten Blockcopolymere sind frei von Verunreinigungen, wie z.B. Übergangsmetallen. Dabei läßt sich das Molekulargewicht des synthetischen Blocks bei einer Polydispersität um 1,2 gut kontrollieren.
N2  - Bioorganic – synthetic conjugates have received a lot of attention concerning their potentials in the fields of material science, pharmaceutics and medicine. This work presents new synthetic routes to these conjugates. For conjugates consisting of small blocks an approach via coupling is possible. For larger blocks it was necessary to develop a different approach via controlled radical polymerisation methods. To begin with oligopeptide macroinitiators for Atom Transfer Radical Polymerisation were synthesized and successful applied in polymerization. The reaction conditions were optimized by studying the polymerisation kinetics. Although the polymerization results in well-defined products, interactions between the copper catalyst and the peptide are evident and cannot be suppressed. To overcome this problem the polymerization method had to be changed. Therefore oligopeptide-based reversible addition fragmentation transfer (RAFT) agents were developed. Well-defined conjugates comprising sequenz-defined peptides and synthetic polymers could be accessed by applying RAFT polymerization techniques in combination with the peptide macrotransfer agents. Polymerization reactions of n-butyl acrylate were performed in solution, yielding peptide-polymer conjugates with controllable molecular weight and low polydispersities.
KW  - ATRP
KW  - ATRP
KW  - RAFT
KW  - Blockcopolymer
KW  - Peptid
KW  - Makroinitiator
KW  - ATRP
KW  - RAFT
KW  - conjugates
KW  - peptide
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-10293
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TY  - THES
A1  - Ba, Jianhua
T1  - Nonaqueous synthesis of metal oxide nanoparticles and their assembly into mesoporous materials
T1  - Nichtwässrige Synthese von Metalloxid-Nanopartikeln und deren Anordnung zu mesoporösen Materialien
N2  - This thesis mainly consist of two parts, the synthesis of several kinds of technologically interesting crystalline metal oxide nanoparticles via nonaqueous sol-gel process and the formation of mesoporous metal oxides using some of these nanoparticles as building blocks via evaporation induced self-assembly (EISA) technique.  In the first part, the experimental procedures and characterization results of successful syntheses of crystalline tin oxide and tin doped indium oxide (ITO) nanoparticles are reported. SnO2 nanoparticles exhibit monodisperse particle size (3.5 nm in average), high crystallinity and particularly high dispersibility in THF, which enable them to become the ideal particulate precursor for the formation of mesoporous SnO2. ITO nanoparticles possess uniform particle morphology, narrow particle size distribution (5-10 nm), high crystallinity as well as high electrical conductivity.  The synthesis approaches and characterization of various mesoporous metal oxides, including TiO2, SnO2, mixture of CeO2 and TiO2, mixture of BaTiO3 and SnO2, are reported in the second part of this thesis. Mesoporous TiO2 and SnO2 are presented as highlights of this part. Mesoporous TiO2 was produced in the forms of both films and bulk material. In the case of mesoporous SnO2, the study was focused on the high order of the porous structure. All these mesoporous metal oxides show high crystallinity, high surface area and rather monodisperse pore sizes, which demonstrate the validity of EISA process and the usage of preformed crystalline nanoparticles as nanobuilding blocks (NBBs) to produce mesoporous metal oxides.
N2  - Diese Arbeit besteht hauptsächlich aus zwei Teilen. Der erste Teil befasst sich mit der Synthese von mehreren technologisch wichtigen, kristallinen Metalloxid-Nanopartikeln mittels nichtwässriger Sol-Gel Chemie. Der zweite Teil beinhaltet die Herstellung von mesoporösen Metalloxiden. Dabei wurden ausgewählte Nanopartikel als Bausteine verwendet und durch langsames Verdampfen des Lösungsmittels in die entsprechenden porösen Strukturen überführt.  Das experimentelle Vorgehen wie auch die Charakterisierung der erfolgreich hergestellten Zinnoxid- und Indiumzinnoxid-Nanopartikel sind im ersten Teil beschrieben. Die Zinnoxid-Nanpartikel zeichnen sich durch einheitliche Partikelgrösse (im Durchschnitt ca. 3.5 nm), hoher Kristallinität, und guter Dispergierbarkeit in Tetrahydrofuran aus. Diese Eigenschaften machen aus den Zinnoxid-Nanopartikeln die perfekten Bausteine für den Aufbau von mesoporösem Zinnoxid. Die Indiumzinnoxid-Nanopartikel haben eine einheitliche Partikelform, eine schmale Grösseverteilung (5-10 nm), hohe Kristallinität wie auch gute elektrische Leitfähigkeit.  Die Synthese und Charakterisierung von verschiedenen mesoporösen Metalloxiden wie TiO2, SnO2, Mischungen von CeO2 und TiO2, wie auch Mischungen von BaTiO3 und SnO2 werden im zweiten Teil der Arbeit diskutiert. Mesoporöses TiO2 und SnO2 werden als besonders gelungene Beispiele herausgehoben. Mesoporöses TiO2 wurde in Form von Dünnfilmen wie auch als Bulkmaterial hergestellt. Im Falle von SnO2 galt das Augenmerk vor allem der hohen Ordnung der Mesoporen. Alle diese mesoporösen Materialien zeigen eine hohe Kristallinität, grosse Oberfläche und relativ einheitliche Porengrössen. Diese Eigenschaften unterstreichen, wie wertvoll der Ansatz ist, vorgeformte Nanopartikel als Bausteine für die Synthese von porösen Materialien zu verwenden.
KW  - Nanopartikel
KW  - transparent-leitendes Oxid
KW  - Selbstorganisation
KW  - nanoparticles
KW  - oxides
KW  - assembly
KW  - mesostructure
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-10173
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bhattacharryya, Saroj Kumar
T1  - Development of detector for analytical ultracentrifuge. - [korr. Fassung]
T1  - Detektor-Entwicklung für die analytische Ultrazentrifuge. - [korr. Fassung]
N2  - In this work approaches for new detection system development for an Analytical Ultracentrifuge (AUC) were explored. Unlike its counterpart in chromatography fractionation techniques, the use of a Multidetection system for AUC has not yet been implemented to full extent despite its potential benefit. In this study we tried to couple existing fundamental spectroscopic and scattering techniques that are used in day to day science as tool for extracting analyte information. Trials were performed for adapting Raman, Light scattering and UV/Vis (with possibility to work with the whole range of wavelengths) to AUC. Conclusions were drawn for Raman and Light scattering to be a possible detection system for AUC, while the development for a fast fiber optics based multiwavelength detector was completed. The multiwavelength detector demonstrated the capability of data generation matching the literature and reference measurement data and faster data collection than that of the commercial instrument. It became obvious that with the generation of data in 3-D space in the UV/Vis detection system, the user can select the wavelength for the evaluation of experimental results as the data set contains the whole range of information from UV/Vis wavelength. The detector showed the data generation with much faster speed unlike the commercial instruments. The advantage of fast data generation was exemplified with the evaluation of data for a mixture of three colloids. These data were in conformity with measurement results from normal radial experiments and without significant diffusion broadening. Thus conclusions were drawn that with our designed Multiwavelength detector, meaningful data in 3-D space can be collected with much faster speed of data generation.
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurde die Entwicklung neuer Detektoren für die Analytische Ultrazentrifugation (AUZ) untersucht und vorangetrieben. Im Gegensatz zu chromatgraphischen. Fraktionierungsmethoden werden Multidetektionssysteme bis heute nicht in der AUZ eingesetzt. Hier wird die Möglichkeit geprüft, bekannte spektroskopische sowie Streumethoden simultan zur Probenanalyse in der AUZ einzusetzen mit dem Ziel, simultan komplimentäre Informationen über die Probe zu erhalten. So wurde versucht, Raman- und UV/VIS-Spektroskopie (letztere mit der Möglichkeit, das gesamte Wellenlängenspektrum auszunutzen) und statische Lichtstreuung zu kombinieren, um das Analytverhalten während des Ultrazentrifugationsexperimentes zu untersuchen. Es wurden zum einen die Ramanspektroskopie als Detektionssystem für chemische Funktionalität in der AUZ geprüft und zum anderen gezeigt, daß die statische Kleinwinkel Lichtstreuung als direkter Molmassendetektor für den Einsatz in der AUZ geeignet erscheint. Zum anderen wurde die Entwicklung eines Multi-Wellenlängen-UV/VIS-Detektors abgeschlossen, um seine Eignung für den Einsatz in der AUZ und die damit verbundene Möglichkeiten der schnelleren und umfassenderen Datenerzeugung gegenüber kommerziellen Geräten zu zeigen. Dieser Multiwellendetektor liefert anstelle eines Absorptionswertes für jede radiale Position in der Messzelle direkt ein ganzes UV-Vis Spektrum und erzeugt eine zusaetzliche Dimension der Messdaten, was die Möglichkeiten der Analyse von komplexen Systemen mit multiplen Chromophoren, Teilchengrößenbestimmung über Wellenlängenabhängigkeit der Trübung oder auch der Datenmittelung enorm vergrößert. Desweiteren erlaubt der Detektor die Anwendung von Geschwindigkeitsprofilen zur Analyse extrem polydisperser Systeme. Die Entwicklung des Detektors beruht auf einem auf Linsen basierenden System mit modularem Aufbau. Dabei war die sorgfältige Ausrichtung des optischen Systems ein essentieller Punkt, um seine Eignung zu überprüfen zu können. An einer Mischung von drei Kolloiden, Halbleiternanopartikeln sowie Proteinen und deren Mischungen ist es hier gelungen, die erfolgreiche Entwicklung des UV/VIS-Detektors zu demonstrieren: Die Daten konnten schneller und mit wesentlich mehr Informationsgehalt, als auf allen kommerziellen Geräten generiert werden. Die Sedimentationskoeffizientenverteilungen stimmen dabei mit denen aus herkömmlichen Sedimentationsgeschwindigkeitsexperimenten überein, unterliegen jedoch nicht einer signifikanten diffusionsbedingten Verbreiterung. Es ist in dieser Arbeit somit gelungen, zum einen die Lichtstreuung als aussichtsreiche Methode für ein Detektorsystem in der AUZ aufzuzeigen, und zum anderen einen Multi-Wellenlängen-UV/VIS-Detektor zu entwickeln, der eine Datenerzeugung von bislang noch nicht erreichter Schnelligkeit im dreidimensionalen Raum ermöglicht.
KW  - Ultrazentrifuge
KW  - Detektor
KW  - Detektor-Entwicklung
KW  - SLS
KW  - UV/VIS
KW  - Raman
KW  - detector development
KW  - SLS
KW  - UV/VIS
KW  - Raman
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-8215
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gehrke, Nicole
T1  - Retrosynthese von Perlmutt
T1  - Retrosynthesis of nacre
N2  - In dieser Arbeit ist es gelungen, die Bedeutung physikalisch-chemischer Mechanismen in der Biomineralisation gegenüber der bisher angenommenen Dominanz spezifischer biomolekularer Erkennungsmechanismen aufzuzeigen. Dazu wurden drei Ansätze verfolgt: Zum einen wurden Studien zur Calciumcarbonatkristallisation durchgeführt. Zum anderen wurde das Biomineral Perlmutt intensiv untersucht. Als drittes wurde ein Modellsystem entwickelt, mit dem künstliches Perlmutt synthetisiert und ein Mechanismus für die Perlmuttmineralisation vorgeschlagen werden konnte.  Im ersten Schritt wurden in einem simplen Kristallisationsansatz komplexe Calciumcarbonatüberstrukturen ohne die Verwendung von Additiven synthetisiert. Es wurde gezeigt, daß diese durch orientierte Anlagerung von Nanopartikeln gebildet werden, bei der dipolare Felder eine wichtige Rolle zu spielen scheinen. Dieser Mechansimus war bislang für Calciumcarbonat unbekannt und ermöglicht die Synthese komplexer Kristallmorphologien, wodurch die Frage aufgeworfen wird, ob er bei der Biomineralbildung von Bedeutung sein kann. Durch Einsatz minimaler Mengen eines einfachen, synthetischen Additivs bei der Kristallisation wurden zu Überstrukturen angeordnete Aragonitplättchen synthetisiert, die von einer wenige nm dicken Schicht aus amorphen Calciumcarbonat umgeben sind. Eine solche Schicht wurde auch bei den Aragonitplättchen Perlmutts entdeckt (s.u.) und bietet möglicherweise in verschiedenen Systemen eine Erklärung für die Stabilisierung der sonst metastabilen Aragonitphase.  Im zweiten Schritt wurden bei der Untersuchung von natürlichem Perlmutt zwei bislang unbekannte Strukturmerkmale entdeckt: Es gibt Bereiche, die nicht aus den charakteristischen Plättchen bestehen, sondern wesentlich weniger stark mineralisert sind. Die Mineralphase besteht in diesen Bereichen aus Nanopartikeln. Es wurde weiterhin gezeigt, daß die Aragonitplättchen von einer wenige nm dicken Schicht aus amorphem Calciumcarbonat umgeben ist. Die gängigen Modelle der Perlmuttbildung sind mit diesen Beobachtungen nicht zu vereinbaren und somit zu hinterfragen. Dagegen deuten diese Ergebnisse ein Wachstum von Perlmutt über ACC-Nanopartikel an.  Unter der Annahme der Bedeutung physikalisch-chemischer Mechanismen in der Biomineralisation wurde schließlich als dritter Schritt ein Ansatz zur in vitro-Retrosynthese von Biomineralien ausgehend von ihrer unlöslichen Matrix entwickelt.  Mit diesem Ansatz ist es erstmals gelungen, künstliches Perlmutt auf synthetischem Wege herzustellen, das morphologisch nicht vom Original zu unterscheiden ist. Die existierenden Unterschiede konnten zeigen, daß der Mineralisationsprozeß nicht auf ein spezifisches Mikroumgebungssystem beschränkt, sondern "allgemeiner gültig"' sein muß.  Bei der Retrosynthese gibt es zwei Schlüsselfaktoren: Zum einen die demineralisierte unlösliche Perlmuttmatrix als dreidimensionales Gerüst für das künstliche Perlmutt, zum anderen amorphe Precursorpartikel, die die Mineralphase bilden. Es werden keinerlei Proteine oder andere Biomoleküle verwendet. Dieser Ansatz bietet die Möglichkeit, den Mineralisationsprozeß an einem in vitro-Modellsystem zu verfolgen, was für das in vivo-System, wenn überhaupt, nur unter starken Einschränkungen möglich ist. Es wurde gezeigt, daß das künstliche Perlmutt über die Mesoskalentransformation von ACC-Precursorn innerhalb der Matrix gebildet wird und als möglicher Mechanismus bei der Biomineralisation von natürlichem Perlmutt diskutiert. Es konnte in der vorliegenden Arbeit konsequent gezeigt werden, daß die Imitation von Biomineralisationsprozessen in in vitro-Ansätzen möglich ist, wobei chemisch-physikalische Parameter dominieren.  In zukünftigen Studien sollten einerseits die mechanischen Eigenschaften des künstlichen Perlmutts untersucht werden, wofür sich in Vorversuchen im Rahmen dieser Arbeit die Nanoindentierung als geeignet herausgestellt hat. Es sollte geprüft werden, ob das hier ermittelte Prinzip zur Mineralisierung in der Materialentwicklung angewendet werden kann. Andererseits sollte die Retrosynthese auf andere Systeme ausgeweitet und in vivo-Studien durchgeführt werden, um die Gültigkeit der vorgeschlagenen Mechanismen zu überprüfen.
N2  - This thesis highlights the importance of physical-chemical mechanisms in biomineralisation and, thus, challenges the widely accepted dominance of specific biomolecular recognition mechanisms.  The work is divided into three parts: the first part addresses the crystallisation of calcium carbonate; the second part focuses on an intensive study of the biomineral, nacre, and, lastly, a retrosynthesis model system is designed and applied to synthesize artificial nacre. A mechanism for nacre mineralisation in nature is proposed.  Initially, complex calcium carbonate superstructures were synthesized in the absence of any additive. These were shown to grow by an oriented attachment mechanism of nanoparticles, presumably under the influence of dipolar fields. This growth mechanism has, to date, not been described for calcium carbonate. This mechanism opens the possibility to synthesize complex crystal morphologies of calcium carbonate and arises the question as to whether it plays a role in the growth of biominerals.  With the presence of small amounts of additives in calcium carbonate crystallisation it was possible to synthesize superstructures of aragonite platelets, each of which surrounded by a layer of amorphous calcium carbonate (ACC). Such ACC layers were also found in natural nacre (see below) and may explain the stabilisation of the metastable calcium carbonate polymorph aragonite.  In the second part of this thesis two unknown features of nacre structures were distinguished: Some areas within the nacre do not consist of the characteristic aragonite platelets but are mineralized only to a low degree. In these areas the mineral phase is clearly composed of nanoparticles. Furthermore, the aragonite platelets of nacre are shown to be surrounded by an ACC layer. Both observations contradict the classical models of nacre growth mechanisms but hint towards a growth via ACC nanoparticles.  Assuming the importance of physical-chemical mechanisms in biomineralisation, an approach for the in vitro retrosynthesis of biominerals was designed. Through this, it was possible, for the first time, to synthesize artificial nacre, which was indistinguishable in morphology from the original. The non-morphological differences between original and synthesized nacre showed that the biological process of mineralization is not limited to one specific microenvironment, but must be more general.  Two key factors are of importance for the retrosynthesis approach: 1) The demineralised nacre matrix, which forms a scaffold for the artificial mineral phase and; 2) amorphous nanoparticles as precursors, which transform into the mineral phase. No proteins or other biomolecules were utilized. In this way, the biomineralisation process could be followed in an in vitro model, a process, which is hardly possible in such detail under in vivo conditions. This work proves that the artificial nacre grows by a mesoscale transformation of ACC nanoparticles, and discusses this mechanism as a possible growth mechanism of natural nacre. This work consequently shows that it is possible to imitate biomineralisation processes in vitro and that, in–vitro, these processes are driven by physico-chemical parameters.  Future studies will involve investigation of the mechanical properties of the artificial nacre. First experiments indicate, that nanoindentation is hereby suitable. The potential application of the in vitro mineralization mechanism for new material development will be investigated. Furthermore, the retrosynthesis will be applied to other biomineral systems and, subsequently, in vivo studies will be performed so as to investigate the role of the proposed mechanisms for the natural biomineralisation process.
KW  - Biomineralisation
KW  - Perlmutt
KW  - Retrosynthese
KW  - Präkursor
KW  - Calciumcarbonat
KW  - physikalisch-chemisch
KW  - amorph
KW  - Mesoskalentransformation
KW  - biomineralization
KW  - nacre
KW  - retrosynthesis
KW  - mesoscale transormation
KW  - calcium carbonate
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7971
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TY  - THES
A1  - Nolte, Marc
T1  - Integration of freestanding polyelectrolyte multilayer membranes in larger scale structures
T1  - Integratrion freistehender Polyelektrolytmembranden in makroskopische Strukturen
N2  - Ultrathin, semi-permeable membranes are not only essential in natural systems (membranes of cells or organelles) but they are also important for applications (separation, filtering) in miniaturized devices.  Membranes, integrated as diffusion barriers or filters in micron scale devices need to fulfill equivalent requirements as the natural systems, in particular mechanical stability and functionality (e.g. permeability), while being only tens of nm in thickness to allow fast diffusion times. Promising candidates for such membranes are polyelectrolyte multilayers, which were found to be mechanically stable, and variable in functionality. In this thesis two concepts to integrate such membranes in larger scale structures were developed. The first is based on the directed adhesion of polyelectrolyte hollow microcapsules. As a result, arrays of capsules were created. These can be useful for combinatorial chemistry or sensing. This concept was expanded to couple encapsulated living cells to the surface. The second concept is the transfer of flat freestanding multilayer membranes to structured surfaces. We have developed a method that allows us to couple mm2 areas of defect free film with thicknesses down to 50 nm to structured surfaces and to avoid crumpling of the membrane. We could again use this technique to produce arrays of micron size. The freestanding membrane is a diffusion barrier for high molecular weight molecules, while small molecules can pass through the membrane and thus allows us to sense solution properties. We have shown also that osmotic pressures lead to membrane deflection. That could be described quantitatively.
N2  - Die Entwicklung von “Labors auf einem Chip” hat in den vergangenen Jahren großes Interesse hervorgerufen. Diese Chips ermöglichen schnelle vor Ort Analytik, wie sie beispielsweise in Arztpraxen oder bei der Schadstoff Überwachung wünschenswert wäre. Die Entwicklung solcher Systeme stellt große Herausforderungen an Forscher verschiedenster Disziplinen.  Ein großer Vorteil solcher Systeme sind die verkürzten Reaktionszeiten durch die Verkleinerung der Dimensionen. Membranen, die als Diffusionsbarrieren oder Filter in solche Systeme integriert werden sollen, müssen den Ansprüchen an mechanische Stabilität, Funktionalität (z.B. Permeabilität) bei einer Dicke von einigen 10 nm genügen. Die Reduktion der Membrandicke ist erforderlich um die Diffusionszeiten durch die Membran zu minimieren. Polyelektrolyte sind vielversprechende Kandidaten für solche Membranen, da sie sowohl mechanisch stabil sind, als auch variabel in ihrer Funktionalität In dieser Arbeit werden zwei Konzepte zur Integration solcher Membranen vorgestellt. Das erste Konzept basiert auf der selektiven Adhäsion von Polyelektrolytkapseln auf strukturierten Oberflächen. Für das gewählte Kapselsystem konnte bereits eine große Stabilität und eine breite Funktionalität gezeigt werden. Die Strukturierung wird durch Mikrokontaktdrucken erzielt und führt. zu attraktiven und repulsiven Bereichen auf der Oberfläche. Die Kapesladhäsion findet auf den attraktiven Bereichen statt. Auf diese Weise werden die Kapseln 2-dimensional auf der Oberfläche angeordnet. Die definierte laterale Position der Kapseln ermöglicht Anwendungen in der kombinatorischen Chemie oder der Sensorik. Der makroskopische Transfer von bis zu 50 nm dünnen Polyelektrolytmembranen auf microstrukturierte Substrate ist das zweite präsentierte Konzept zur Integration freistehender Membranen. Dabei entsteht ein großflächiger Bereich (mm2) von Millionen von Hohlräumen mit einem Volumen in der Größe von pL (10-12l). Diese Holräume können mit Reagenzien gefüllt werden. Diese reagieren durch die Membran auf Änderungen in der umgebenden Flüssigkeit. Von besonderem Interesse ist der Aspekt, daß nicht nur eingekapselte Reagenzien als Sensormaterial fungieren können, sondern auch durch die Deformation der Membran Änderungen im osmotischen Druck der Umgebung quantitativ erfaßt werden können.
KW  - Polyelektrolyt
KW  - Diffusionsbarriere
KW  - Freistehende Membranen
KW  - Kraftsensoren
KW  - polyelectrolyte membranes
KW  - force sensors
KW  - diffusion barrier
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7355
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sczech, Ronny
T1  - Haftvermittlung von Polyelektrolyten zwischen Celluloseoberflächen
T1  - Adhesion of polyelectrolytes between cellulose surfaces
N2  - Der Adhäsionsprozess an Cellulosefasern sollte bis hin zur molekularen Ebene aufgeklärt werden. Zuerst wurde eine definierte Celluloseoberfläche durch Aufschleudern hergestellt und eingehend charakterisiert wurde. Die Beschaffenheit der Oberfläche ist stark abhängig von der Konzentration Celluloselösung, die für das Aufschleudern benutzt wurde. Für geringe Konzentrationen bildete sich ein Netzwerk von Cellulosefibrillen über die Siliziumoberfläche aus. In einem mittleren Bereich wurden geschlossene Filme mit Dicken zwischen 1,5 und ca. 10 nm erhalten. Diese Filme wiesen eine Rauhigkeit unter 2 nm auf, was der Größe eines Cellulosemoleküls entspräche. Mit höheren Konzentrationen wurden die Filme dicker und auch rauer.  Die molekular glatten Cellulosefilme wurden zur Untersuchung der Adhäsionseigenschaften zwischen Celluloseoberflächen und ihrer Modifikation durch den Einfluss von Haftvermittlern (Polyelektrolyte) eingesetzt. Dafür wurde das Haftungsvermögen von Celluloseperlen auf der glatten Celluloseoberfläche analysiert. Die Adhäsion der Celluloseperlen hängt dabei von der Menge und von der Art des adsorbierten Polyelektrolyts ab. Geringe Polyelektrolytkonzentrationen ermöglichen wegen der teilweisen Bedeckung der Celluloseoberflächen eine Verstärkung der Haftvermittlung (Adhäsion). Höhere Konzentrationen an Polyelektrolyten bedecken die Celluloseoberfläche komplett, so dass die Symmetrie der Polyelektrolytadsorption entscheidend wird. Wenn Celluloseperlen und glatte Celluloseoberfläche gleichzeitig mit Polyelektrolyten beschichtet werden verringert sich bei hohen Konzentrationen die Adhäsion erheblich. Ein hohes Maß an Adhäsion wird dagegen erreicht, wenn nur eine der beiden gegenüberliegende Celluloseoberflächen separat beschichtet und dann in Kontakt mit der anderen gebracht Oberfläche wurde.  Der Einfluss einer äußeren Kraft auf die haftenden Celluloseperlen wurde untersucht, um eine Aussage über die auftretenden Adhäsionskräfte machen zu können. Dafür wurde eine spezielle Strömungszelle entwickelt, mit der die Bewegung von Celluloseperlen beobachtet werden kann. Je nach Ausrichtung der Strömungszelle bewegten sich die Celluloseperlen unterschiedlich schnell. War die Strömungszelle horizontal ausgerichtet, wirkte zusätzlich zur Adhäsionskraft noch die Gravitation auf die Oberfläche, so dass hier eine wesentlich langsamere Durchschnittsgeschwindigkeit ermittelt wurde als für die Messungen in vertikaler Ausrichtung.  Die Zugabe von verschiedenen Polyelektrolyten bei den Messungen mit der Strömungszelle hatte einen erheblichen Einfluss auf die Beweglichkeit der haftenden Celluloseperlen. Bei geringen Polyelektrolytkonzentrationen wurde das Potential der einzelnen Polyelektrolyten zur effektiven Haftvermittlung durch eine signifikant geringere Durchschnittsgeschwindigkeit der rollenden Celluloseperlen sichtbar. Aus der kritischen Anfangsgeschwindigkeit der rollenden Celluloseperlen wurde die Adhäsionsarbeit errechnet, die für die Bewegung nötig ist.
N2  - The process of adhesion of cellulose fibres should be revealed down to a molecular level. Therefore, a well defined cellulose surface was prepared and then characterized. Cellulose was deposited on silicon wafer surfaces via spin coating from a solution of cellulose in dimethylacetamide (including 7% (w/w) lithium chloride). The resulting cellulose layers were analyzed by ellipsometry, AFM, FTIR, ICP-MS, x-ray reflectivity, and contact angle measurements. The texture of the prepared cellulose surfaces depends strongly on the used cellulose solution for spin coating process. For cellulose concentrations below 0.07wt% the wafer surfaces are covered with a network of cellulose fibrils. For concentrations between 0.07 and 0.5 wt%, closed films with thicknesses between 1.5 and ca. 10 nm are obtained. These films are molecularly smooth (rms roughness < 2nm). Higher concentrations result in thicker films with significantly rougher surfaces (rms roughness >2nm). The cellulose layers were used to investigate cellulose/cellulose adhesion and their modification by polyelectrolytes. To this end the sticking behavior of cellulose beads was analyzed. It is demonstrated that the adhesion of the beads depends on the type, amount, and adsorption symmetry of adsorbed polyelectrolyte. Low, incomplete polyelectrolyte coverage always enhances adhesion, whereas for high coverage the symmetry of the polyelectrolyte coating is very important. In this case, adhesion is enhanced if only one surface is covered with polyelectrolyte prior to contact. If both surfaces were fully covered with polyelectrolytes before contact adhesion is decreased. Flexible and cationic polyelectrolytes are the most potent candidates for this usage.  The influence of an external force on the adhered cellulose beads was investigated to extimate the occurring adhesion forces. A special flow chamber was developed, in order to track the movements of cellulose beads rolling over a flat cellulose film. A constant water stream was applied as external force. The alignment of the flow chamber in reference to lab floor has an considerable influence on the speed of the rolling cellulose beads. If the flow chamber was aligned in the horizontal position, then gravity acts in addition to the adhesion force onto the surface. Thus, here were measured a substantial lower average speed of cellolude beads as it was measured for the vertical alignment of the flow chamber. The influence of gravity on the rolling friction of the cellulose beads could be prooved by modelling the rolling friction to HERTZ’s law and by evaluating statistically the movement vectors of the cellulose beads. As an another result of this findings one can estimate the occurring adhesion forces and energies.  The addition of different polyelectrolytes to the water stream used in measurements with the flow chamber had a substantial influence on the mobility of adhered cellulose beads. At high concentrations of polyelectrolyte sticked so many beads at the cellulose surface, that it was not possible to interpret the data reasonable. Low concentrations enables the potential of the invidual polyelectrolyte to be a effictive binding agent. Here, a significant lower average speed of cellulose beads rolling over a cellulose surface was observed by all used polyelectrolytes but most by a flexible and cationic one.
KW  - Polyelektrolyt
KW  - Haftvermittler
KW  - Cellulose
KW  - Nassfestigkeit
KW  - Oberflächen
KW  - Adhäsion
KW  - surfaces
KW  - adhesion
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7338
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TY  - THES
A1  - Fischer, Thomas
T1  - Lichtinduzierte Orientierungsprozesse in Azobenzen-Polymeren
T1  - Lightinduced orientation processes in azobenzene polymers
N2  - Die Beeinflussung optischer Eigenschaften durch Bestrahlung stellt eine Grundlage für die Herstellung anisotroper optischer Komponenten dar. In dünnen Schichten von Azobenzen-Polymeren kann optische Anisotropie durch linear polarisierte Bestrahlung induziert oder modifiziert werden. Ziel der Arbeit war es, wesentliche Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zum Prozess der Photoorientierung zu erarbeiten, um so eine Optimierung der Materialien für verschiedene Anwendungen ermöglichen.  In isotropen Schichten flüssigkristalliner und amorpher Azobenzen-Polymeren wird das Ausmaß der induzierten optischen Anisotropie günstig durch eine Donor/Akzeptor-Substitution in 4,4'-Position beeinflusst. Die Induktionsgeschwindigkeit ist in Schichten flüssigkristalliner Polymeren deutlich geringer, jedoch lassen sich höhere Werte der Doppelbrechung und des Dichroismus erreichen. In Copolymeren bewirkt die Photoorientierung der Azobenzen-Seitengruppen eine kooperative Orientierung von formanisotropen Seitengruppen. Die Mesogenität der nicht-photochromen Seitengruppen erhöht das Ausmaß der induzierten optischen Anisotropie. Die Stabilität der induzierten Doppelbrechung und des Dichroismus wird durch diese Gruppen gesteigert.  In Schichten flüssigkristalliner Polymeren wird die induzierte optische Anisotropie beim Tempern im Bereich der Mesophasen erheblich verstärkt. Dabei reicht ein geringes Maß an induzierter Anisotropie aus, um Doppelbrechungs- und Dichroismuswerte zu erzielen, wie sie für LC-Domänen typisch sind.  In orientierten Schichten von Azobenzen-Polymeren wird das Resultat der linear polarisierten Bestrahlung durch die Stärke der anisotropen Wechselwirkungen in den flüssigkristallinen Domänen oder den LB-Multilayern bestimmt. Eine lichtinduzierte Reorientierung kann nur erreicht werden, wenn diese Wechselwirkungen überwunden werden können. Erfolgt eine Photoreorientierung in den orientierten Polymerschichten, werden in Copolymeren formanisotrope Seitengruppen ebenfalls kooperativ reorientiert. Eine vorgelagerte UV-Bestrahlung kann durch Erzeugung eines hohen Anteils an nicht-mesogenen Z-Isomeren die anisotropen Wechselwirkungen stark schwächen und so die Seitengruppen entkoppeln. Aus diesem Zustand erfolgt die Photoreorientierung mit einer der Photoorientierung in isotropen Schichten vergleichbaren Effizienz.  Die erarbeiteten Struktur-Eigenschafts-Beziehungen liefern einen Beitrag zur Optimierung derartiger Materialien für Anwendungen in den Bereichen optischer Funktionsschichten, holographischer Datenspeicherung oder der Generierung von Oberflächenreliefgittern.
N2  - The modification of optical characteristics by irradiation represents a basis for the creation of anisotropic optical components. In thin films of azobenzene polymers optical anisotropy can be induced or modified by linearly polarized irradiation. The goal of the work was it to compile substantial structure property relations of the photoorientation process in order to support an optimization of the materials for different applications.  In isotropic films of liquid crystalline and amorphous azobenzene polymers the extent of the induced optical anisotropy is increased by a donor/acceptor substitution in 4,4'-position. The induction speed is clearly smaller in films of liquid crystalline polymers, however higher values of birefringence and dichroism can be reached. In copolymers the photoorientation of the azobenzene side groups causes a cooperative orientation of form-anisotropic side groups. The mesogenity of the non-photochromic side groups increases the extent of the induced optical anisotropy.  The stability of the induced birefringence and dichroism is increased by these groups considerably. In films of liquid crystalline polymers the induced optical anisotropy is substantially amplified on annealing within the range of the mesophases. In this way, a small ratio of induced anisotropy is sufficient, in order to obtain birefringence and dichroism values as typical for LC domains.  In oriented films of azobenzene polymers the result of the linear polarized irradiation is determined by the strength of the anisotropic interactions in the liquid crystalline domains or the LB multilayers. A light-induced reorientation can be only achieved, if these interactions can be overcome. If a photoreorientation takes place in the oriented layers of copolymers, form-anisotropic side groups are cooperatively reoriented. An initial UV irradiation can strongly weaken the anisotropic interactions by generating of a high fraction of non-mesogenic z-isomers and decouples in this way the side groups. From this state the photoreorientation proceeds with an efficiency one comparable to the photoorientation in isotropic films.  The compiled structure property relations supplies a contribution for the optimization of such materials for applications in the fields of optical function films, holographic data storage or the generation of surface relief gratings.
KW  - Flüssigkristalline Polymere
KW  - Amorphe Polymere
KW  - Photochemie
KW  - Orientierungsbewegung
KW  - Lichtinduzierter Effekt
KW  - Azobenzen
KW  - Photoorientierung
KW  - Kooperativität
KW  - Linear polarisierte Bestrahlung
KW  - LB-Multilayer
KW  - azobenzene
KW  - photoorientation
KW  - cooperativity
KW  - linearly polarized irradiation
KW  - LB-multilayer
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7133
ER  - 
TY  - THES
A1  - Franke, Danielle
T1  - Novel surfactants for the production of functional  nanostructured materials  via the ionic self-assembly (ISA) route = Neuartige Tenside für die Synthese funktioneller nanostrukturierter Materialien  durch  ionische Selbsorganisation
T1  - Neuartige Tenside für die Synthese funktioneller nanostrukturierter Materialien  durch  ionische Selbsorganisation
N2  - In recent years, the aim of supramolecular syntheses is not only the creation of particular structures but also the introduction of specific functions in these supramolecules. The present work describes the use of the ionic self-assembly (ISA) route to generate nanostructured materials with integrated functionality. Since the ISA strategy has proved to be a facile method for the production of liquid-crystalline materials, we investigated the phase behaviour, physical properties and function of a variety of ISA materials comprising a perylene derivative as the employed oligoelectrolyte. Functionality was introduced into the materials through the use of functional surfactants.  In order to meet the requirements to produce functional ISA materials through the use of functional surfactants, we designed and synthesized pyrrole-derived monomers as surfactant building blocks. Owing to the presence of the pyrrole moiety, these surfactants are not only polymerizable but are also potentially conductive when polymerized. We adopted single-tailed and double-tailed N-substituted pyrrole monomers as target molecules. Since routine characterization analysis of the double-tailed pyrrole-containing surfactant indicated very interesting, complex phase behaviour, a comprehensive investigation of its interfacial properties and mesophase behavior was conducted. The synthesized pyrrole-derived surfactants were then employed in the synthesis of ISA complexes. The self-assembled materials were characterized and subsequently polymerized by both chemical and electrochemical methods. The changes in the structure and properties of the materials caused by the in-situ polymerization were addressed. In the second part of this work, the motif investigated was a property rather than a function. Since chiral superstructures have obtained much attention during the last few years, we investigated the possibility of chiral ISA materials through the use of chiral surfactants. Thus, the work involved synthesis of novel chiral surfactants and their incorporation in ISA materials with the aim of obtaining ionically self-assembled chiral superstructures.  The results and insights presented here suggest that the presented synthesis strategy can be easily extended to incorporate any kind of charged tectonic unit with desired optical, electrical, or magnetic properties into supramolecular assemblies for practical applications.
N2  - Supramolekulare Chemie zielt auf den Aufbau großer Moleküle und neuer Materialien aus kleineren Einheiten. Durch supramolekulare Wechselwirkungen d.h. nicht-kovalente Bindungen, können definierte Ordnungen von Molekülverbänden in Größen von mehreren 100 Mikrometern hergestellt werden. Diese Wechselwirkungen und die daraus resultierenden Anordnungen von Molekülen bestimmen die für Anwendungen relevanten makroskopischen Materialeigenschaften.  Es gibt viele verschiedene Wechselwirkungen, die in der Supramolekularen Chemie angewendet werden können. Eine davon ist die ionische Wechselwirkung, die in dieser Arbeit als Triebkraft für die Herstellung supramolekularer Materialien verwendet wird. Diese Strategie wurde vor kurzem ISA (Ionic-Self-Assembly, d.h. Ionische Selbsorganisation) genannt.  Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung funktioneller Nanomaterialen durch die Anwendung der ISA-Strategie. Da sich die ISA-Strategie als einfache Methode für die Produktion von Flüssigkristallen herausstellte, untersuchten wir die Eigenschaften vieler ISA-Materialen, die einen Farbstoffbaustein integriert haben. Die Funktion der Materialien wurde hierbei durch die Verwendung funktioneller Tenside geschaffen. Um die Anforderungen für die Produktion funktioneller ISA-Materialen durch die Nutzung funktioneller Tenside sicherzustellen, wurden Pyrrol-Monomere als Tenside hergestellt. Durch die Pyrrol-Einheiten sind die Tenside polymerisierbar und zeigen danach Potential für Leitfähigkeit.  Es wurden Pyrrol-Tenside sowohl mit Einzel- als auch mit Doppelketten synthetisiert. Da die Standardcharakterisierung des Doppelketten-Tensids ein interessantes Phasenverhalten zeigte, wurden umfassende Untersuchungen der Grenzflächeneigenschaften und des mesophasen Verhaltens durchgeführt. Beide Tenside wurden dann in der Produktion von ISA-Materialien verwendet. Die hergestellten Materialen wurden charakterisiert und konnten durch die Pyrrol-Einheit sowohl chemisch als auch elektrochemisch polymerisiert werden. Die aus dieser Polymerisierung resultierenden Änderungen der Eigenschaften, Struktur und Function der Materialen wurden ebenfalls untersucht.  Der zweite Teil dieser Arbeit klärt Nutzungsmöglichkeiten chiraler Tenside für die Herstellung chiraler ISA-Strukturen. Obwohl Chiralität keine eigentliche Funktion sondern eine Eigenschaft ist, haben chirale Strukturen in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit bekommen. Deshalb wurden, mit dem Ziel chirale ISA-Strukturen zu erhalten, neue chirale Tenside hergestellt und diese als Bausteine in ISA-Materialien benutzt. Die mit dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse und neuen Einsichten zeigen, dass die ISA-Strategie leicht erweitert werden kann, um jede Art von Bausteine zu integrieren. Dadurch können nanostukturierte Materialien mit gewünschten spezifischen optischen, elektrischen oder elektromagnetischen Eigenschaften für praktische Anwendungen geschaffen werden.
KW  - Nanotechnologie
KW  - Tenside
KW  - ISA
KW  - Surfactant
KW  - Nanotechnology
KW  - self-assembly
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6922
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TY  - THES
A1  - Jovanovic, Ljubisa
T1  - New synthetic approaches to 8,5'-neolignans
T1  - Neue Synthesewege zur 8,5'-Neolignane
N2  - Neolignans, dehydrodimers of phenylpropenes, are natural products that exhibit different biological activities. 8,5’-Neolignans containing a trans- dihydrobenzofuran skeleton are the most abundant neolignans in nature. The published syntheses of trans-dihydrobenzofurans are multistep procedures that are time consuming and provide the product in low yield. Furthermore, all dimerisation reactions either in the presence of enzymes or mediated by metal salts are yielding dimers consisting of two units of the same phenylpropene compound, narrowing substantially the substitution pattern.  Two different general synthetic approaches were examined. The first strategy was the enantioselective deprotonation at the α-carbon of the ο-alkyl phenols in the presence of a chiral diamine and sBuLi. Synthesis of several new phosphorous-based directed ortho-metalation groups was studied. The examined compounds having these new groups decomposed even under very mild reaction conditions and are not suitable for the application in the synthesis. The second strategy was to examine one [3+2] cycloaddition reaction, transition metal catalysed Heck oxyarylation reaction, in the synthetic approach to compounds having trans-dihydrobenzofuran skeleton. Palladium catalysed Heck oxyarylation reaction with halogenophenols or ortho-diazonium phenols as the starting material allowed the trans-dihydrobenzofuran compounds as the major products in acceptable yield and in one step. The products were formed under ligand free condition, as well as in the presence of some strong coordinating ligands (Ph3P). The experiments with several chiral ligands, showed that the obtained trans-dihydrobenzofurans were racemic mixtures. This result suggests formation of an achiral intermediate along the reaction pathway, which causes the lack of stereoselectivity in the products. Initially formed trans-dihydrobenzofuran compounds are the key precursors of many naturally occurring neolignans, and can be easily converted to 8,5’-neolignan derivatives.
N2  - 8,5’-Neolignane sind Naturstoffe die verschiedene biologische Aktivitäten ausüben. 8,5’-Neolignane mit Dihydrobenzofuran-Kernstruktur haben antioxidative Wirkung und sind als ACAT- und PAF-Inhibitoren bekannt. Zwar gibt es einige stereoselektive Synthesen von 8,5’-Neolignanen, diese sind aber kompliziert und/oder lassen nur ein eingeschränktes Substitutionsmuster zu. In der vorliegenden Dissertation wurden zwei neue Synthesewege, nämlich die Palladium-katalysierte Cycloaddition von o-Halogenphenolen und Phenylpropenen, und die α-Alkylierung, präsentiert. Diese Synthesewege führen diastereoselektiv, in ein bis drei Schritten, zu trans-Dihydrobenzofuranen, den gewünschten, potentiell bioaktiven Zielverbindungen. Ferner wurde gezeigt, dass sich ausdiesen Verbindungen verschiedene 8,5’-Neolignane schnell und einfach herstellen lassen.
KW  - Dihydrobenzofurane
KW  - Lignane
KW  - Palladium
KW  - 8
KW  - 5'-neolignane
KW  - dihydrobenzofurans
KW  - palladium
KW  - neolignans
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6878
ER  - 
TY  - THES
A1  - Andersen, Audrée
T1  - Surfactant dynamics at interfaces : a series of second harmonic generation experiments
T1  - Surfactant Dynamik an Grenzflächen : eine Studie über SHG-Experimente
N2  - Adsorption layers of soluble surfactants enable and govern a variety of phenomena in surface and colloidal sciences, such as foams. The ability of a surfactant solution to form wet foam lamellae is governed by the surface dilatational rheology. Only systems having a non-vanishing imaginary part in their surface dilatational modulus, E, are able to form wet foams. The aim of this thesis is to illuminate the dissipative processes that give rise to the imaginary part of the modulus.  There are two controversial models discussed in the literature. The reorientation model assumes that the surfactants adsorb in two distinct states, differing in their orientation. This model is able to describe the frequency dependence of the modulus E. However, it assumes reorientation dynamics in the millisecond time regime. In order to assess this model, we designed a SHG pump-probe experiment that addresses the orientation dynamics. Results obtained reveal that the orientation dynamics occur in the picosecond time regime, being in strong contradiction with the two states model.  The second model regards the interface as an interphase. The adsorption layer consists of a topmost monolayer and an adjacent sublayer. The dissipative process is due to the molecular exchange between both layers. The assessment of this model required the design of an experiment that discriminates between the surface compositional term and the sublayer contribution. Such an experiment has been successfully designed and results on elastic and viscoelastic surfactant provided evidence for the correctness of the model.  Because of its inherent surface specificity, surface SHG is a powerful analytical tool that can be used to gain information on molecular dynamics and reorganization of soluble surfactants. They are central elements of both experiments. However, they impose several structural elements of the model system. During the course of this thesis, a proper model system has been identified and characterized. The combination of several linear and nonlinear optical techniques, allowed for a detailed picture of the interfacial architecture of these surfactants.
N2  - Amphiphile vereinen zwei gegensätzliche Strukturelemente in einem Molekül, eine hydrophile Kopfgruppe und ein hydrophobe, meist aliphatische Kette. Aufgrund der molekularen Asymmetrie erfolgt eine spontane Adsorption an der Wasser-Luft Grenzfläche. Die Adsorptionsschicht verändert die makroskopischen Eigenschaften des Materials, z.B. die Grenzflächenspannung wird erniedrigt. Amphiphile sind zentrale Bauelemente der Kolloid- und Grenzflächenforschung, die Phänomene, wie Schäume ermöglichen.  Eine Schaumlamelle besteht aus einem dünnen Wasserfilm, der durch zwei Adsorptionsschichten stabilisiert wird. Die Stabilität der Lamelle wird durch die Grenzflächenrheologie entscheidend geprägt. Die wesentliche makroskopische Größe in diesem Zusammenhang ist das so genannte Grenzflächendilatationsmodul E. Es beschreibt die Fähigkeit des Systems die Gleichgewichtsgrenzflächenspannung nach einer Expansion oder Dilatation der Adsorptionschicht wieder herzustellen. Das Modul E ist eine komplexe Größe, in dem der Imaginärteil direkt mit der Schaumstabilität korreliert.  Diese Arbeit widmet sich der Grenzflächenrheologie. In der Literatur werden zwei kontroverse Modelle zur Interpretation dieser Größe diskutiert. Diese Modelle werden experimentell in dieser Arbeit überprüft. Dies erfordert die Entwicklung neuer experimenteller Aufbauten basierend auf nichtlinearen, optischen Techniken. Mit diesen Experimenten konnte eines der Modelle bestätigt werden.
KW  - Tensid
KW  - Grenzflächenchemie
KW  - Nichtlineare Spektroskopie
KW  - Oscillating Bubble
KW  - surfactants
KW  - nonlinear optics
KW  - surface rheology
KW  - air-water interface
KW  - oscillating bubble
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6553
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TY  - THES
A1  - Garnier, Sébastien
T1  - Novel amphiphilic diblock copolymers by RAFT-polymerization, their self-organization and surfactant properties
T1  - Neue Amphiphile Diblockcopolymere mittels RAFT-Polymerisation, ihre Aggregations- und Tensideigenschaften
N2  - The Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer (RAFT) process using the new RAFT agent benzyldithiophenyl acetate is shown to be a powerful polymerization tool to synthesize novel well-defined amphiphilic diblock copolymers composed of the constant hydrophobic block poly(butyl acrylate) and of 6 different hydrophilic blocks with various polarities, namely a series of non-ionic, non-ionic comb-like, anionic and cationic hydrophilic blocks. The controlled character of the polymerizations was supported by the linear increase of the molar masses with conversion, monomodal molar mass distributions with low polydispersities and high degrees of end-group functionalization.  The new macro-surfactants form micelles in water, whose size and geometry strongly depend on their composition, according to dynamic and static light scattering measurements. The micellization is shown to be thermodynamically favored, due to the high incompatibility of the blocks as indicated by thermal analysis of the block copolymers in bulk. The thermodynamic state in solution is found to be in the strong or super strong segregation limit. Nevertheless, due to the low glass transition temperature of the core-forming block, unimer exchange occurs between the micelles. Despite the dynamic character of the polymeric micellar systems, the aggregation behavior is strongly dependent on the history of the sample, i.e., on the preparation conditions. The aqueous micelles exhibit high stability upon temperature cycles, except for an irreversibly precipitating block copolymer containing a hydrophilic block exhibiting a lower critical solution temperature (LCST). Their exceptional stability upon dilution indicates very low critical micelle concentrations (CMC) (below 4∙10<sup>-4 g∙L<sup>-1). All non-ionic copolymers with sufficiently long solvophobic blocks aggregated into direct micelles in DMSO, too. Additionally, a new low-toxic highly hydrophilic sulfoxide block enables the formation of inverse micelles in organic solvents.  The high potential of the new polymeric surfactants for many applications is demonstrated, in comparison to reference surfactants. The diblock copolymers are weakly surface-active, as indicated by the graduate decrease of the surface tension of their aqueous solutions with increasing concentration. No CMC could be detected. Their surface properties at the air/water interface confer anti-foaming properties. The macro-surfactants synthesized are surface-active at the interface between two liquid phases, too, since they are able to stabilize emulsions. The polymeric micelles are shown to exhibit a high ability to solubilize hydrophobic substances in water.
N2  - Amphiphile sind Moleküle, die aus einem hydrophilen und einem hydrophoben Molekülteil aufgebaut sind. Beispiele für Amphiphile sind Tenside, deren makromolekulares Pendant amphiphile Block-Copolymere sind, die häufig auch als Makro-Tenside bezeichnet sind. Ihre Lösungseigenschaften in einem selektiven Lösungsmittel, i.e., ein für einen Block gutes und für den anderen schlechtes Lösungsmittel, sind analog zu denen von Tensiden. Die Unverträglichkeit der Polymersegmente führt zu einer von hydrophoben Wechselwirkungen getriebenen Mikrophasenseparation, d.h. zur Selbstorganisation der amphiphilen Makromoleküle zu Mizellen unterschiedlichster Form, während die kovalente Bindung zwischen den Blöcken eine Makrophasenseparation verhindert. Aufgrund ihres besonderen strukturellen Aufbaus adsorbieren Makro-Tenside an Grenzflächen, was zahlreiche Anwendungen, z.B. zur (elektro)sterischen Stabilisierung von Emulsionen und Dispersionen findet.  Die vorliegende Arbeit demonstriert, dass die neuen kontrollierten radikalischen Polymerisationen wie die RAFT-Methode („Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer“) für die Synthese von neuen wohldefinierten amphiphilen Diblock-Copolymerstrukturen sehr gut geeignet sind. Eine Reihe von neuen amphiphilen Diblock-Copolymeren wurde mittels RAFT synthetisiert, mit einem konstanten hydrophoben Block und verschiedenen hydrophilen Blöcken unterschiedlichster Polaritäten. Die engen Molmassenverteilungen und der lineare Aufstieg der Molmassen mit dem Umsatz belegen den kontrollierten Charakter der Polymerisation.  Die thermodynamisch favorisierte Selbstorganisation der synthetisierten Blockcopolymere in Wasser führt zur Bildung von Mizellen, deren Eigenschaften aber von der Präparationsmethode stark abhängig sind. Korrelationen zwischen den Mizelleigenschaften und der Blockcopolymerstruktur zeigen, dass die Mizellgröße vor allem von der Länge des hydrophoben Blocks kontrolliert wird, wohindagegen die Natur des hydrophilen Blocks der entscheidende Faktor für die Mizellgeometrie ist. Die gebildeten Mizellen sind besonders stabil gegenüber Verdünnung und Temperaturzyklen, was ein großer Vorteil für eventuelle Anwendungen ist. Wegen der niedrigen Glasübergangstemperatur des hydrophoben Blocks findet ein Austausch von Makromolekülen zwischen den Mizellen statt, d.h. es handelt sich um dynamische Mizellsysteme.  Das Potential der neuen Makrotenside für Anwendungen wurde untersucht. Die Polymermizellen zeigen eine hohe Kapazität wasserunlösliche Substanzen in Wasser zu solubilisieren. Die Blockcopolymere sind grenzflächenaktiv, d.h. sie adsorbieren an Wasser / Luft oder Wasser / Öl Grenzflächen. Entsprechend sind die Blockcopolymere in der Lage, Emulsionen zu stabilisieren oder als Antischaumsubstanzen zu wirken.
KW  - Blockcopolymere
KW  - Amphiphile
KW  - Polymertenside
KW  - RAFT-Polymerisation
KW  - Grenzflächenaktivität
KW  - Amphiphilic diblock copolymers
KW  - RAFT-Polymerization
KW  - Surfactants
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6395
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TY  - THES
A1  - Wolf, Gunter
T1  - Diffusionsuntersuchungen an (polymer-modifizierten) Mikroemulsionen mittels Feldgradientenimpuls-NMR-Spektroskopie
T1  - Diffusion studies in (polymer-modified) microemulsions using pulsed field gradient NMR spectroscopy
N2  - Aufgrund des großen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen zeigen Nanopartikel interessante, größenabhängige Eigenschaften, die man im ausgedehnten Festkörper nicht beobachtet. Sie sind daher von großem wissenschaftlichem und technologischem Interesse. Die Herstellung kleinster Partikel ist aus diesem Grund überaus wünschenswert. Dieses Ziel kann mit Hilfe von Mikroemulsionen als Templatphasen bei der Herstellung von Nanopartikeln erreicht werden. Mikroemulsionen sind thermodynamisch stabile, transparente und isotrope Mischungen von Wasser und Öl, die durch einen Emulgator stabilisiert sind. Sie können eine Vielzahl verschiedener Mikrostrukturen bilden. Die Kenntnis der einer Mikroemulsion zugrunde liegenden Struktur und Dynamik ist daher von außerordentlicher Bedeutung, um ein gewähltes System potentiell als Templatphase zur Nanopartikelherstellung einsetzen zu können. In der vorliegenden Arbeit wurden komplexe Mehrkomponentensysteme auf der Basis einer natürlich vorkommenden Sojabohnenlecithin-Mischung, eines gereinigten Lecithins und eines Sulfobetains als Emulgatoren mit Hilfe der diffusionsgewichteten 1H-NMR-Spektroskopie unter Verwendung gepulster Feldgradienten (PFG) in Abhängigkeit des Zusatzes des Polykations Poly-(diallyl-dimethyl-ammoniumchlorid) (PDADMAC) untersucht. Der zentrale Gegenstand dieser Untersuchungen war die strukturelle und dynamische Charakterisierung der verwendeten Mikroemulsionen hinsichtlich ihrer potentiellen Anwendbarkeit als Templatphasen für die Herstellung möglichst kleiner Nanopartikel. Die konzentrations- und zeit-abhängige NMR-Diffusionsmessung stellte sich dabei als hervorragend geeignete und genaue Methode zur Untersuchung der Mikrostruktur und Dynamik in den vorliegenden Systemen heraus. Die beobachtete geschlossene Wasser-in-Öl- (W/O-) Mikrostruktur der Mikroemulsionen zeigt deutlich deren potentielle Anwendbarkeit in der Nanopartikelsynthese. Das Gesamtdiffusionsverhalten des Tensides wird durch variierende Anteile aus der Verschiebung gesamter Aggregate, der Monomerdiffusion im Medium bzw. der medium-vermittelten Oberflächendiffusion bestimmt. Dies resultierte in einigen Fällen in einer anormalen Diffusionscharakteristik. In allen Systemen liegen hydrodynamische und direkte Wechselwirkungen zwischen den Tensidaggregaten vor. Der Zusatz von PDADMAC zu den Mikroemulsionen resultiert in einer Stabilisierung der flüssigen Grenzfläche der Tensidaggregate aufgrund der Adsorption des Polykations auf den entgegengesetzt geladenen Tensidfilm und kann potentiell zu Nanopartikeln mit kleineren Dimensionen und schmaleren Größenverteilungen führen.
N2  - Owing to their large surface-to-volume ratio nanoparticles show interesting size-dependent properties that are not observable in bulk materials. Thus, they are of great scientific and technological interest. Thereby, the highly desirable preparation of as small particles as possible might be easily achieved using microemulsions as template phases. Microemulsions are thermodynamically stable, transparent and isotropic mixtures of water and oil stabilized by an emulsifying agent. However, microemulsions may form a great variety of different microstructures. Thus, it is of utmost importance to know the underlying microstructure and microdynamics of a chosen microemulsion system in order to use it as a template phase for nanoparticle formation. In the present study complex multi-component microemulsion systems based on a naturally occurring soybean lecithin mixture, purified lecithin and sulfobetaine as emulsifiers were investigated by diffusion-weighted pulsed field gradient (PFG) 1H NMR spectroscopy in the presence and absence of the polycation poly-(diallyldimethylammonium chloride) (PDADMAC). The central topic of this study was to structurally and dynamically characterize the present microemulsions with respect to their potential use in nanoparticle formation. The concentration- and time-dependent NMR diffusion measurements turned out to be a suitable and accurate tool to investigate the microstructure and microdynamics of the systems under investigation. They reveal closed water-in-oil (W/O) microemulsion microstructures which prove the potential suitability of the respective systems as template phases for the preparation of nano-sized particles. The overall diffusion behavior of surfactants were found to be governed by varying contributions from displacements of entire aggregates, monomer diffusion in the medium and bulk-mediated surface diffusion, respectively. In some cases this led to a marked anomalous diffusion characteristics. In all systems interactions between aggregates are dominated by hydrodynamic and direct forces. The addition of PDADMAC to the microemulsion systems results in a stabilization of the liquid interface of surfactant aggregates due to the adsorption of the polycation at the oppositely charged surfactant film and may potentially lead to nanoparticles of smaller dimensions and narrower size distributions.
KW  - Mikroemulsion
KW  - Mikrostruktur
KW  - Magnetische Kernresonanz
KW  - PFG-NMR-Spektroskopie
KW  - Selbstdiffusion
KW  - Anomale Diffusion
KW  - Polykation
KW  - Inverse Micelle
KW  - Wasser-in-Öl-Mikroemulsion
KW  - Tensiddynamik
KW  - medium-vermittelte Oberflächendiffusion
KW  - Levy-Bewegung
KW  - water-in-oil microemulsion
KW  - surfactant dynamics
KW  - bulk-mediated surface diffusion
KW  - Levy walk
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6259
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kozempel, Steffen
T1  - Emulgatorfreie Emulsionspolymerisation : Monomerlösungszustand und Teilchenbildung
T1  - Emulsifier-free emulsion polymerization : monomer solution state and particle formation
N2  - Polymere sind zweifelsohne der Werkstoff in unserer Zeit. Ein bedeutender Anteil der heute industriell produzierten Polymere wird durch Emulsionspolymerisation hergestellt. Obwohl die Emulsionspolymerisation breite Anwendung findet, sind die involvierten Mechanismen von Teilchenbildung und -wachstum noch heute Gegenstand heftiger Kontroversen. Ein Spezialfall der Emulsionspolymerisation ist die emulgatorfreie Emulsionspolymerisation. Hierbei handelt es sich um ein scheinbar einfacheres System der Emulsionspolymerisation, weil diese Methode ohne Zusatz von Emulgatoren auskommt. Die Teilchenbildung ist ein fundamentaler Vorgang im Verlauf der Emulsionspolymerisation, da sie zur Ausbildung der polymeren Latexphase führt. Detaillierte Kenntnisse zum Mechanismus der Nukleierung ermöglichen eine bessere Kontrolle des Reaktionsverlaufes und damit der Eigenschaften des Endproduktes der Emulsionspolymerisation, dem Polymer-Latex. Wie bereits vorangegangene Arbeiten auf dem Gebiet der emulgatorfreien Emulsionspolymerisation von Styrol sowie Methylmethacrylat und Vinylacetat zeigen konnten, verläuft die Teilchenbildung in diesen Systemen über den Mechanismus der aggregativen Nukleierung. Im Zusammenhang mit den Ergebnissen der genannten Arbeiten tauchte dabei immer wieder ein interessanter Effekt im Bereich der Partikelnukleierung auf. Dieses als JUMBO-Effekt bezeichnete Phänomen zeigte sich reproduzierbar in einem Anstieg der Transmission im Bereich der Teilchenbildung von emulgatorfreien Emulsionspolymerisationen von Styrol, MMA und VAc. Nach der Initiierung der Polymerisation in einer wässrigen Monomerlösung durch Kaliumperoxodisulfat steigt die Durchlässigkeit bei 546 nm auf über 100 % an. Für diese „Abnahme der optischen Dichte“ wurden verschiedene Erklärungsmöglichkeiten vorgeschlagen, jedoch blieb ein Nachweis der Ursache für den JUMBO-Effekt bisher aus. Dieser Mangel an Aufklärung eines offenbar grundlegenden Phänomens in der emulgatorfreien Emulsionspolymerisation bildet den „Nukleus“ für die vorlie¬gende Arbeit. Durch die vorliegende Dissertation konnte das Verständnis für Phänomene der Teilchenbildung in der emulgatorfreien Emulsionspolymerisation von Styrol mit KPS erweitert werden. In diesem Rahmen wurde das Online-Monitoring des Polymerisationsvorganges verbessert und um verschiedene Methoden erweitert: Zur simultanen Erfassung von Trübungsdaten bei verschiedenen Wellenlängen konnte ein modernes Spektrometer in Kombination mit einer Lichtleitersonde in die Reaktionsapparatur integriert werden. Es wurde ein verbesserter Algorithmus zur Datenbearbeitung für die Partikelgrößenbestimmung mittels faseroptischer dynamischer Lichtstreuung entwickelt. Es wurden Online-Partikelgrößenanalysen mittels statischer Vielwinkellichtstreuung bei Polymerisationen direkt in entsprechenden Lichtstreuküvetten durchgeführt. Diese zur Beschreibung des untersuchten Systems eingeführten Methoden sowie ein zeitlich vollständiges Monitoring des gesamten Polymerisationsverlaufes, beginnend mit der Zugabe von Monomer zu Wasser, führten zu neuen Erkenntnissen zur emulgatorfreien Emulsionspolymerisation. Es wurden große Monomeraggregate, die sog. Nanotröpfchen, in wässriger Lösung (emulgatorfrei) nachgewiesen. Diese Aggregate bilden sich spontan und treten verstärkt in entgastem Wasser auf. Die Existenz von Nanotröpfchen in Verbindung mit Trübungs- und gaschromatografischen Messungen lässt auf eine molekular gelöste „Wirkkonzentration“ von Styrol in Wasser schließen, die bedeutend geringer ist als die absolute Sättigungskonzentration. Es konnten Hinweise auf eine Reaktion höherer Ordnung im System Wasser/Styrol/KPS gefunden werden. Es konnte gezeigt werden, dass eine präzise Einstellung der Nukleierungsdauer über die Zeit der Equilibrierung von Wasser mit Styrol möglich ist. Der JUMBO-Effekt, dem in dieser Arbeit ein besonderes Interesse galt, konnte in gewisser Weise entmystifiziert werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Durchlässigkeit der Reaktionsmischung bereits beim Lösen von Styrol in Wasser durch Bildung von Styrolaggregaten abnimmt. Der darauf folgende kurzzeitige Transmissionsanstieg im Zusammenhang mit der Nukleierung erreicht dabei nicht mehr 100 % des Referenzwertes von reinem Wasser. Alle experimentellen Daten sprechen für die Nanotröpfchen als Ursache des JUMBO-Effekts. Wie die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, ist selbst das relativ „einfache“ System der emulgatorfreien Emulsionspolymerisation komplizierter als angenommen. Die Existenz von großen Styrolaggregaten in wässriger Lösung erfordert eine neue Betrachtungsweise des Reaktionssystems, in die auch der Lösungszustand des Monomers mit einbezogen werden muss.
N2  - Polymers are doubtless the material of today. Large amounts of industrially produced polymers are made via emulsion polymerization. Although emulsion polymerization is widely used commercially, the mechanisms of particle formation and -growth involved are still intensely controversial. A special case of the emulsion polymerization is the emulsifier-free emulsion polymerization. This apparently easier procedure is performed without addition of emulsifier. Particle formation is a fundamental event in the progression of emulsion polymerization because it leads to the formation of a polymeric latex phase. Explicit knowledge concerning the mechanism of nucleation facilitates better control of the reaction process and therefore of the properties of the final polymeric latex product. Other contributions in emulsifier-free emulsion polymerization of styrene could already proof that particle formation in the present system proceeds via aggregative nucleation. In the context of the results of these contributions, an interesting effect was always detected in the time range of particle nucleation. This so-called “JUMBO-effect” appeared highly reproducible as an increase of transmittance during nucleation period in the emulsifier-free emulsion polymerization of styrene. After initiation of the polymerization in an aqueous monomer solution with potassiumperoxodisulfate the transmittance at 546 nm increases to more than 100 %. For this “decrease in optical density” various possible explanations have been suggested, but a proof for any of them is still to be found. This lack of insight into an apparently fundamental phenomenon in emulsifier-free emulsion polymerization arises as the “nucleus” of the present thesis. Within this work the understanding of the phenomena of particle formation in emulsifier-free emulsion polymerization of styrene with potassiumperoxodisulfate could be enhanced. In this frame the online monitoring of the polymerization process could be improved and expanded to several methods: For the simultaneous recording of UV-spectra respectively turbidity data at various wavelengths a modern spectrometer in combination with a fibre optical probe could be integrated into the reaction vessel. An improved algorithm for data treatment of particle size determination via fibre optical dynamic light scattering was developed. We implemented online particle size determinations via multi angle laser light scattering directly in light scattering cuvettes. These newly introduced methods, in combination with temporally complete monitoring of the whole polymerization progression, starting with the addition of monomer to water, lead to novel insight into emulsifier-free emulsion polymerization of styrene: Big monomer aggregates, so called “nano droplets”, could be detected in an aqueous solution of styrene. These aggregates form spontaneously and appear especially in degassed water. Polymerisation as the origin of the nano droplets can be excluded. In context with turbidity and gas chromatographic measurements, the existence of nano droplets leads us to conclude that there is a molecularly dissolved “effective” concentration of styrene in water which is much lower than the absolute concentration reported in the literature. We could find some hints for a higher reaction order in the system water/styrene/potassiumpersulfate. The induced decomposition of the peroxodisulfate ion in the presence of styrene and ethylbenzene shows an additional reaction of the initiator with aromatic compounds besides the thermolytical cleavage. Furthermore it could be shown that it is possible to precisely adjust the duration of nucleation with the solubilisation time of styrene in water. This kind of control can be useful for other applications. The JUMBO-effect, which was a major topic of this thesis, could be partly de-mystified. It could be shown that the turbidity of the reaction mixture already increases during the dissolution process of styrene due to the formation of aggregates. The turbidity decrease which is depicted by the JUMBO-effect in the time range of nucleation never reaches 100 % of the reference water. An interference of the used measuring wavelength with the domain size of density fluctuations according to the theory of spinodal decomposition could not be verified. The experimental data suggest rather the nano droplets as origin of the JUMBO-effect. The results of the present thesis show clearly that the relatively “simple” system of the emulsifier-free emulsion polymerisation (water/styrene/potassiumpersulfate) is more complex than expected. The existence of big styrene aggregates in aqueous solution requires a new approach of the reaction system, which also includes the solution state of the monomer.
KW  - Emulsionspolymerisation
KW  - Styrol
KW  - emulatorfrei
KW  - Lösungszustand
KW  - Teilchenbildung
KW  - Nukleierung
KW  - emulsion polymerization
KW  - styrene
KW  - nucleation
KW  - particle formation
KW  - emulsifier-free
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6106
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kumke, Michael Uwe
T1  - Huminstoffe und organische Modellliganden und ihre Wechselwirkung mit Metallionen und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen
T1  - Humic substances and organic model ligands – Interactions with metal ions and polycyclic aromatic hydrocarbons
N2  - Immobilisierung bzw. Mobilisierung und Transport von Schadstoffen in der Umwelt, besonders in den Kompartimenten Boden und Wasser, sind von fundamentaler Bedeutung für unser (Über)Leben auf der Erde. Einer der Hauptreaktionspartner für organische und anorganische Schadstoffe (Xenobiotika) in der Umwelt sind Huminstoffe (HS). HS sind Abbauprodukte pflanzlichen und tierischen Gewebes, die durch eine Kombination von chemischen und biologischen Ab- und Umbauprozessen entstehen. Bedingt durch ihre Genese stellen HS außerordentlich heterogene Stoffsysteme dar, die eine Palette von verschiedenartigen Wechselwirkungen mit Schadstoffen zeigen. Die Untersuchung der fundamentalen Wechselwirkungsmechanismen stellt ebenso wie deren quantitative Beschreibung höchste Anforderungen an die Untersuchungsmethoden. Zur qualitativen und quantitativen Charakterisierung der Wechselwirkungen zwischen HS und Xenobiotika werden demnach analytische Methoden benötigt, die bei der Untersuchung von extrem heterogenen Systemen aussagekräftige Daten zu liefern vermögen. Besonders spektroskopische Verfahren, wie z.B. lumineszenz-basierte Verfahren, besitzen neben der hervorragenden Selektivität und Sensitivität, auch eine Multidimensionalität (bei der Lumineszenz sind es die Beobachtungsgrößen Intensität IF, Anregungswellenlänge lex, Emissionswellenlänge lem und Fluoreszenzabklingzeit tF), die es gestattet, auch heterogene Systeme wie HS direkt zu untersuchen. Zur Charakterisierung können sowohl die intrinsischen Fluoreszenzeigenschaften der HS als auch die von speziell eingeführten Lumineszenzsonden verwendet werden. In beiden Fällen werden die zu Grunde liegenden fundamentalen Konzepte der Wechselwirkungen von HS mit Xenobiotika untersucht und charakterisiert. Für die intrinsische Fluoreszenz der HS konnte gezeigt werden, dass neben molekularen Strukturen besonders die Verknüpfung der Fluorophore im Gesamt-HS-Molekül von Bedeutung ist. Konformative Freiheit und die Nachbarschaft zu als Energieakzeptor fungierenden HS-eigenen Gruppen sind wichtige Komponenten für die Charakteristik der HS-Fluoreszenz. Die Löschung der intrinsischen Fluoreszenz durch Metallkomplexierung ist demnach auch das Resultat der veränderten konformativen Freiheit der HS durch die gebundenen Metallionen. Es zeigte sich, dass abhängig vom Metallion sowohl Löschung als auch Verstärkung der intrinsischen HS-Fluoreszenz beobachtet werden kann. Als extrinsische Lumineszenzsonden mit wohl-charakterisierten photophysikalischen Eigenschaften wurden polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und Lanthanoid-Ionen eingesetzt. Durch Untersuchungen bei sehr niedrigen Temperaturen (10 K) konnte erstmals die Mikroumgebung von an HS gebundenen hydrophoben Xenobiotika untersucht werden. Im Vergleich mit Raumtemperaturexperimenten konnte gezeigt werden, dass hydrophobe Xenobiotika an HS-gebunden in einer Mikroumgebung, die in ihrer Polarität analog zu kurzkettigen Alkoholen ist, vorliegen. Für den Fall der Metallkomplexierung wurden Energietransferprozesse zwischen HS und Lanthanoidionen bzw. zwischen verschiedenen, gebundenen Lanthanoidionen untersucht. Basierend auf diesen Messungen können Aussagen über die beteiligten elektronischen Zustände der HS einerseits und Entfernungen von Metallbindungsstellen in HS selbst angeben werden. Es ist dabei zu beachten, dass die Experimente in Lösung bei realen Konzentrationen durchgeführt wurden. Aus Messung der Energietransferraten können direkte Aussagen über Konformationsänderungen bzw. Aggregationsprozesse von HS abgeleitet werden.
N2  - Transport and fate of xenobiotics in the environment, especially in water and soil, are of utmost importance for life on earth. A major reaction partner for xenobiotics in the environment are humic substances (HS). HS are degradation products of plant and animal tissue, which are formed in a combination of subsequent chemical and/or biochemical processes. Because of the complex history of their origin HS are extremely heterogeneous mixtures of different compounds. Consequently, they posses a great variety of interaction capabilities with various xenobiotics. The investigations of the fundamental interaction mechanisms between HS and xenobiotics make high demands on the analytical techniques used. Especially spectroscopic techniques are promising for the investigation of interaction mechanisms in complex systems. Luminescence spectroscopy has the great advantage of outstanding sensitivity and of multidimensionality, which in principle allows the investigation of HS under environmental relevant conditions. For the characterisation of interaction processes of HS with xenobiotics the intrinsic fluorescence of HS as well as the luminescence of extrinsic probes can be used. The intrinsic HS fluorescence is determined by the molecular structure as well as the connection of the basic fluorophores. Conformational freedom as well as the presence of energy accepting groups in the neighbourhood of the fluorophores are highly important for the overall intrinsic HS fluorescence. The presence of metal ions can either quench or enhance the intrinsic HS fluorescence, which depends on the metal ion as well as on the origin of the HS investigated. While in most cases Al3+ ions enhance the intrinsic HS fluorescence, Ln3+ ions induce a fluorescence quenching. Polycyclic aromatic hydrocarbons were used as extrinsic fluorescence probes in order to characterize the interaction of HS and hydrophobic organic xenobiotics. In investigations at ultra-low temperatures (10 K) it could be shown that pyrene is bound in a HS microenvironment with an polarity which resembles that of small alcohols (e.g., butanol). In case of metal complexation, the lanthanide ions Eu3+ and Tb3+ were used as luminescence probes. Due to the outstanding luminescence properties of those ions, information about metal binding sites in HS were obtained. Based on the measurements of intramolecular and intermolecular energy transfer processes average distances of metal binding sites were deduced.
KW  - Fluoreszenz
KW  - Huminstoffe
KW  - Lanthanoide
KW  - Huminstoffe
KW  - Fluoreszenz
KW  - Lanthanoide
KW  - Resonanzenergietransfer
KW  - Lumineszenzsonden
KW  - Fluorescence
KW  - humic substances
KW  - resonance energy transfer
KW  - luminescence probes
KW  - lanthanides
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6066
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TY  - THES
A1  - Justynska, Justyna
T1  - Towards a library of functional block copolymers : synthesis and colloidal properties
T1  - Hin zu einer Bibliothek von funktionalen Blockcopolymeren : Synthese und kolloidale Eigenschaften
N2  - Understanding the principles of self-organisation exhibited by block copolymers requires the combination of synthetic and physicochemical knowledge. The ability to synthesise block copolymers with desired architecture facilitates the ability to manipulate their aggregation behaviour, thus providing the key to nanotechnology. Apart from relative block volumes, the size and morphology of the produced nanostructures is controlled by the effective incompatibility between the different blocks. Since polymerisation techniques allowing for the synthesis of well-defined block copolymers are restricted to a limited number of monomers, the ability to tune the incompatibility is very limited.  Nevertheless, Polymer Analogue Reactions can offer another possibility for the production of functional block copolymers by chemical modifications of well-defined polymer precursors. Therefore, by applying appropriate modification methods both volume fractions and incompatibility, can be adjusted. Moreover, copolymers with introduced functional units allow utilization of the concept of molecular recognition in the world of synthetic polymers. The present work describes a modular synthetic approach towards functional block copolymers. Radical addition of functional mercaptanes was employed for the introduction of diverse functional groups to polybutadiene-containing block copolymers. Various modifications of 1,2-polybutadiene-poly(ethylene oxide) block copolymer precursors are described in detail. Furthermore, extension of the concept to 1,2-polybutadiene-polystyrene block copolymers is demonstrated. Further investigations involved the self-organisation of the modified block copolymers. Formed aggregates in aqueous solutions of block copolymers with introduced carboxylic acid, amine and hydroxyl groups as well as fluorinated chains were characterised. Study of the aggregation behaviour allowed general conclusions to be drawn regarding the influence of the introduced groups on the self-organisation of the modified copolymers. Finally, possibilities for the formation of complexes, based on electrostatic or hydrogen-bonding interactions in mixtures of block copolymers bearing mutually interacting functional groups, were investigated.
N2  - Um die Prinzipien der Selbstorganisation von Blockcopolymeren zu verstehen, ist es notwendig das Wissen auf den Gebieten der Synthese und der Physikochemie zu kombinieren. Die Fähigkeit, Blockcopolymere mit gewünschter Architektur zu synthetisieren, gibt einem auch die Möglichkeit das Aggregationsverhalten zu steuern, was wiederum der Schlüssel zur Nanotechnologie ist. Abgesehen von den relativen Blockvolumina, wird die Größe und Morphologie der gebildeten Nanostrukturen durch die effektive Inkompartibilität zwischen den unterschiedlichen Blöcken bestimmt. Da die Polymerisationstechniken, mit denen man gut definierte Blockcopolymere synthetisieren kann, auf bestimmte Monomere beschränkt sind, läßt sich diese Inkompatibilität nur eingeschränkt abstimmen. Polymeranaloge Reaktionen können dagegen eine Möglichkeit bieten, funktionale Blockcopolymere durch die chemische Modifizierung von gut definierten Copolymeren zu erhalten. Somit können, bei Verwendung von geeigneten Modifikationsmethoden, die Volumenanteile sowie die Inkompatibilität der Blöcke angepasst werden. Außerdem können Copolymere, die funktionelle Gruppe enthalten, es ermöglichen das Prinzip der molekularen Erkennung (Schloss-Schlüssel) auf dem Gebiet der synthetischen Polymere anzuwenden. Die vorleigende Arbeit beschreibt einen Ansatz zur modularen Synthese von funktionalen Blockcopolymeren. Durch radikalische Addition von funktionellen Mercaptanen wurden in Copolymere mit einem Polybutadien-Block verschiedenen funktionelle Gruppen eingebracht. Von 1,2-Polybutadien-Polyethylenoxid Blockcopolymeren werden dabei mehrere Modifikationen im Detail beschrieben. Zudem wird die Erweiterung des Konzepts auf 1,2-Polybutadien-Polystyrol Blockcopolymere gezeigt. Die weiteren Untersuchungen betrafen die Selbstorganisation der modifizierten Blockcopolymere in Lösung. Hierbei wurden die Aggregate, die in wässriger Lösung von Blockcopolymeren mit Carbonsäure-, Amin- und Hydroxylgruppen sowie fluorierte Ketten gebildet werden, charakterisiert. Die Untersuchung des Aggregationsverhaltens erlaubt es, generelle Aussagen über den Einfluss der eingebrachten Gruppen auf die Selbstorganisation der modifizierten Copolymere zu treffen. Abschließend wurde die Bildung von Komplexen auf der Basis von elektrostatischer Wechselwirkung oder Wasserstoffbrückenbindung in Mischungen aus Copolymeren, die untereinander Wechselwirkende funktionale Gruppe besitzen, untersucht.
T2  - Towards a library of functional block copolymers : synthesis and colloidal properties
KW  - Blockcopolymere
KW  - Funktionalisierung <Chemie>
KW  - Selbstorganisation
KW  - Kolloid
KW  - Komplexe
KW  - Thiole
KW  - block copolymers
KW  - functionalization
KW  - self-organisation
KW  - colloids
KW  - complexes
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5907
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TY  - THES
A1  - Garnweitner, Georg
T1  - Nichtwässrige Synthese und Bildungsmechanismus von Übergangsmetalloxid-Nanopartikeln = Nonaqueous synthesis of transition-metal oxide nanoparticles and their formation mechanism
T1  - Nichtwässrige Synthese und Bildungsmechanismus von Übergangsmetalloxid-Nanopartikeln
N2  - In this work, the nonaqueous synthesis of binary and ternary metal oxide nanoparticles is investigated for a number of technologically important materials. A strong focus was put on studying the reaction mechanisms leading to particle formation upon solvothermal treatment of the precursors, as an understanding of the formation processes is expected to be crucial for a better control of the systems, offering the potential to tailor particle size and morphology. The synthesis of BaTiO3 was achieved by solvothermal reaction of metallic barium and titanium isopropoxide in organic solvents. Phase-pure, highly crystalline particles about 6 nm in size resulted in benzyl alcohol, whereas larger particles could be obtained in ketones such as acetone or acetophenone. In benzyl alcohol, a novel mechanism was found to lead to BaTiO3, involving a C–C coupling step between the isopropoxide ligand and the benzylic carbon of the solvent. The resulting coupling product, 4-phenyl-2-butanol, is found in almost stoichiometric yield. The particle formation in ketones proceeds via a Ti-mediated aldol condensation of the solvent, involving formal elimination of water which induces formation of the oxide. These processes also occurred when reacting solely the titanium alkoxide with ketones or aldehydes, leading to highly crystalline anatase nanoparticles for all tested solvents. In ketones, also the synthesis of nanopowders of lead zirconate titanate (PZT) was achieved, which were initially amorphous but could be crystallized by calcination at moderate temperatures. Additionally, PZT films were prepared by simply casting a suspension of the powder onto Si substrates followed by calcination.Solvothermal synthesis however is not restricted to alkoxides as precursors but is also achieved from metal acetylacetonates. The use of benzylamine as solvent proved particularly versatile, making possible the synthesis of nanocrystalline In2O3, Ga2O3, ZnO and iron oxide from the respective acetylacetonates. During the synthesis, the acetylacetonate ligand undergoes a solvolysis under C–C cleavage, resulting in metal-bound enolate ligands which, in analogy to the synthesis in ketones, induce ketimine and aldol condensation reactions. In the last section of this work, surface functionalization of anatase nanoparticles is explored. The particles were first capped with various organic ligands via a facile in situ route, which resulted in altered properties such as enhanced dispersibility in various solvents. In a second step, short functional oligopeptide segments were attached to the particles by means of a catechol linker to achieve advanced self-assembly properties.
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der nichtwässrigen Synthese binärer und ternärer Metalloxid-Nanopartikel durch solvothermale Behandlung von Metalloxid-Vorstufen in organischen Lösungsmitteln. Dabei wurde besonderes Augenmerk auf die Reaktionsmechanismen gelegt, da eine genaue Kenntnis des Bildungsmechanismus eine bessere Kontrolle über das Partikelwachstum erwarten lässt, woraus sich die Möglichkeit der genauen Steuerung von Partikelgröße und –form ableitet. Bariumtitanat (BaTiO3) konnte durch solvothermale Reaktion von metallischem Barium und Titanisopropoxid in organischen Lösungsmitteln hergestellt werden. Hochkristalline, phasenreine Partikel von etwa 6 nm Durchmesser wurden in Benzylalkohol erhalten, während in Ketonen wie Aceton oder Acetophenon größere Partikel entstanden. In Benzylalkohol läuft ein neuartiger Reaktionsmechanismus ab, der eine C–C-Kupplungsreaktion zwischen dem Isopropoxid und dem benzylischen Kohlenstoffatom des Lösungsmittels umfasst. Das Kupplungsprodukt 4-Phenyl-2-butanol wird in praktisch stöchiometrischer Ausbeute erhalten. In Ketonen verläuft die Partikelbildung über eine titankatalysierte Aldolkondensation des Lösungsmittels, die formell die Eliminierung von Wasser einschließt, was zur Bildung des Oxids führt. Diese Prozesse liefen auch bei Umsetzung von reinem Titanisopropoxid in Ketonen oder Aldehyden ab, wobei hier hochkristalline Anatas-Nanopartikel entstanden. Auch die Synthese von Bleizirkonat-titanat-Nanopulvern war in Ketonen möglich; die zunächst amorphen Pulver konnten durch Kalzinierung bei relativ geringen Temperaturen in kristalline Nanopartikel überführt werden. Zusätzlich wurden Filme durch Auftragen einer Suspension der Pulver auf Siliziumwafer und anschließende Kalzinierung hergestellt.Die solvothermale Synthese kann allerdings auch ausgehend von Metallacetylacetonaten durchgeführt werden. Benzylamin erwies sich hier als ein sehr vielseitiges Lösungsmittel und ermöglichte die Synthese von nanokristallinem In2O3, Ga2O3, ZnO und Eisenoxid ausgehend von den jeweiligen Acetylacetonaten. Im Verlauf der Synthese wird der Acetylacetonatligand unter C–C-Bindungsspaltung solvolysiert. Die entstehenden Enolatliganden reagieren dann unter Ketimin- und Aldolkondensation analog der Solvothermalsynthese in Ketonen weiter. Der letzte Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Funktionalisierung der Partikel. Zunächst wurden TiO2-Partikel durch verschiedene organische Liganden „in situ“ funktionalisiert, wodurch Eigenschaften wie etwa die Dispergierbarkeit in unterschiedlichen Lösungsmitteln beeinflusst werden konnten. In einem zweiten Schritt wurden kurze Oligopeptidketten über eine Katecholbrücke an die Partikel geknüpft, um anspruchsvolle Selbstanordnungseigenschaften zu erzielen.
KW  - Nanopartikel
KW  - Oxidkeramik
KW  - Bariumtitanat
KW  - PZT
KW  - Reaktionsmechanismus
KW  - Funktionalisierung <Chemie>
KW  - Selbstorganisation
KW  - nichtwässrige Synthese
KW  - Solvothermalsynthese
KW  - C-C Bindungsknüpfung
KW  - Sol-Gel
KW  - nonaqueous synthesis
KW  - solvothermal synthesis
KW  - C-C bond formation
KW  - sol-gel
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5892
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TY  - THES
A1  - Nozari, Samira
T1  - Towards understanding RAFT aqueous heterophase polymerization
T1  - Zum Verständnis der wässrigen Heterophasenpolymerisation mit RAFT
N2  - Reversible addition-fragmentation transfer (RAFT) was used as a controlling technique for studying the aqueous heterophase polymerization. The polymerization rates obtained by calorimetric investigation of ab initio emulsion polymerization of styrene revealed the strong influence of the type and combination of the RAFT agent and initiator on the polymerization rate and its profile. The studies in all-glass reactors on the evolution of the characteristic data such as average molecular weight, molecular weight distribution, and average particle size during the polymerization revealed the importance of the peculiarities of the heterophase system such as compartmentalization, swelling, and phase transfer. These results illustrated the important role of the water solubility of the initiator in determining the main loci of polymerization and the crucial role of the hydrophobicity of the RAFT agent for efficient transportation to the polymer particles. For an optimum control during ab-initio batch heterophase polymerization of styrene with RAFT, the RAFT agent must have certain hydrophilicity and the initiator must be water soluble in order to minimize reactions in the monomer phase. An analytical method was developed for the quantitative measurements of the sorption of the RAFT agents to the polymer particles based on the absorption of the visible light by the RAFT agent. Polymer nanoparticles, temperature, and stirring were employed to simulate the conditions of a typical aqueous heterophase polymerization system. The results confirmed the role of the hydrophilicity of the RAFT agent on the effectiveness of the control due to its fast transportation to the polymer particles during the initial period of polymerization after particle nucleation. As the presence of the polymer particles were essential for the transportation of the RAFT agents into the polymer dispersion, it was concluded that in an ab initio emulsion polymerization the transport of the hydrophobic RAFT agent only takes place after the nucleation and formation of the polymer particles. While the polymerization proceeds and the particles grow the rate of the transportation of the RAFT agent increases with conversion until the free monomer phase disappears. The degradation of the RAFT agent by addition of KPS initiator revealed unambigueous evidence on the mechanism of entry in heterophase polymerization. These results showed that even extremely hydrophilic primary radicals, such as sulfate ion radical stemming from the KPS initiator, can enter the polymer particles without necessarily having propagated and reached a certain chain length. Moreover, these results recommend the employment of azo-initiators instead of persulfates for the application in seeded heterophase polymerization with RAFT agents. The significant slower rate of transportation of the RAFT agent to the polymer particles when its solvent (styrene) was replaced with a more hydrophilic monomer (methyl methacrylate) lead to the conclusion that a complicated cooperative and competitive interplay of solubility parameters and interaction parameter with the particles exist, determining an effective transportation of the organic molecules to the polymer particles through the aqueous phase. The choice of proper solutions of even the most hydrophobic organic molecules can provide the opportunity of their sorption into the polymer particles. Examples to support this idea were given by loading the extremely stiff fluorescent molecule, pentacene, and very hydrophobic dye, Sudan IV, into the polymer particles. Finally, the first application of RAFT at room temperature heterophase polymerization is reported. The results show that the RAFT process is effective at ambient temperature; however, the rate of fragmentation is significantly slower. The elevation of the reaction temperature in the presence of the RAFT agent resulted in faster polymerization and higher molar mass, suggesting that the fragmentation rate coefficient and its dependence on the temperature is responsible for the observed retardation.
N2  - Um neue Materialien mit außergewöhnlichen Eigenschaften zu erstellen, muss man in der Lage sein, die Struktur der Moleküle zu kontrollieren, aus denen die Materialien bestehen. Für das Maßschneidern solcher neuer Eigenschaften besitzen Polymere ein großes Potenzial: Dies sind sehr lange Moleküle, die aus einer großen Zahl von kleineren Einheiten aufgebaut sind. Proteine und DNS sind Beispiele für natürliche Polymere; Plastik und Gummi sind Beispiele für künstliche Polymere. Letztere werden üblicherweise durch das Zusammenfügen einer Reihe von kleineren Molekülen, den Monomeren, hergestellt. Schon lange versuchen Wissenschaftler, die Anordnung, Anzahl und Art dieser Monomere zu kontrollieren, die sich in der Struktur der Polymermoleküle widerspiegeln. Die gebräuchlichste Methode zur kommerziellen Produktion von Polymeren ist die so genannte freie radikalische Polymerisation. Die Strukturkontrolle durch diese Methode ist jedoch relativ schwierig und wurde maßgeblich erst im letzten Jahrzehnt entwickelt. Trotz der Existenz einiger effektiver Kontrollmethoden ist ihre industrielle Anwendung bislang sehr beschränkt, weil sie nicht für die Emulsionspolymerisation verwendbar sind. Die Emulsionspolymerisation ist die gängigste Technik in der industriellen Produktion von Polymeren. Es handelt sich dabei um ein vergleichsweise umweltfreundliches Verfahren, denn es werden keine organischen Lösungsmittel verwendet. Stattdessen dient Wasser als Lösungsmittel, in dem die Polymere in Form von kleinen, fein verteilten Partikeln vorliegen. In der Natur kommt dieses Prinzip beispielsweise in Pflanzen bei der Bildung von Kautschuk - allgemein als Latex bezeichnet - vor. Schließlich ist die Emulsionspolymerisation einfach durchzuführen: Das Produkt ist in vielen Fällen gebrauchsfertig, und es gibt viele technische Vorteile im Vergleich zu anderen Herstellungsprozessen. Doch bevor die Probleme beim Einsatz von Kontrollmethoden in der Emulsionspolymerisation gelöst werden können, müssen erst ihre Ursachen geklärt werden. Dies ist eine unverzichtbare Vorraussetzung zum Übertragen von Forschungsergebnissen auf das tägliche Leben. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Probleme, die für die kontrollierte radikalische Polymerisation in Emulsion von Bedeutung sind. Die wichtigste Fragestellung in der Emulsionspolymerisation zielt auf die Löslichkeit der Reaktionskomponenten in den verschiedenen Phasen, wie z.B. in Wasser oder in den Polymerpartikeln. Die Kontrollmethode der Wahl für diese Arbeit ist "Reversibler Additions-Fragmentierungs Transfer" (RAFT). Die RAFT-Methode ist die modernste Kontrollmethode, und sie ist für viele Reaktionsbedingungen und viele Arten von Monomeren anwendbar.
T2  - Towards understanding RAFT aqueous heterophase polymerization
KW  - Heterophasenpolymerisation
KW  - Emulsion
KW  - RAFT
KW  - kontrollierte radikalische Polymerisation
KW  - RAFT
KW  - controlled radical polymerization
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5801
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TY  - THES
A1  - Voß, Rebecca
T1  - Mesoporous organosilica materials with amine functions : surface characteristics and chirality
T1  - Mesoporöse Amin-funktionalisierte Organo-Silik ate : Oberflächen Eigenschaften und Chiralität
N2  - In this work mesoporous organisilica materials are synthesized through the silica sol-gel process. For this a new class of precursors which are also surfactant are synthesized and self-assembled. This leads to a high surface area functionality which is analysized with copper (II) and water adsorption.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit werden mesoporöse Amin-funktionalisierte Organo-Silikate durch den Silika Sol-Gel Prozess hergestellt. Dabei werden neue Alkoxysilyl-Precursoren synthetisiert und condensiert die die gewünschte Funktion auf die Oberfläche dirigieren. Herstellt werden primäre, secundäre und chirale Amine. Die Oberflächenfunktionalität wird mit Kupfer (II) und Wasser Adsorption analysiert.
T2  - Mesoporous organosilica materials with amine functions : surface characteristics and chirality
KW  - Silicate
KW  - Chiralität <Chemie>
KW  - Adsorption
KW  - Poröser Stoff
KW  - Hydroborierung
KW  - Amine
KW  - Mesoporöse Materialien
KW  - Organo-Silikate
KW  - mesoporous materials
KW  - organosilica
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5287
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sieverling, Nathalie
T1  - Kationische Copolymere für den rezeptorvermittelten Gentransfer
T1  - Cationic copolymers for the receptor-mediated gene transfer
N2  - Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung neuer Substanzen für die Gentherapie. Diese beinhaltet die Behebung von erblich bedingten Krankheiten wie z.B. Mucoviscidose. Dabei werden im Zellkern defekte Gene durch normale, gesunde DNA-Sequenzen ersetzt. Zur Einschleusung des Genmaterials in die Zellen (Transfektion) werden geeignete Transport-Systeme bzw. Methoden benötigt, die dort die Freisetzung der neu einzubauenden Gene (Genexpression ausgedrückt in Transfektionseffizienzen) gestatten. Hierfür wurden neue Polykation-DNA-Komplexe (Vektoren) auf Basis kationischer Polymere wie Poly(ethylenimin) (PEI) hergestellt, charakterisiert und nachfolgend in Transfektionsversuchen an verschiedenen Zelllinien eingesetzt. Sowohl das kationische Ausgangspolymer PEI als auch das Pfropfcopolymer PEI-g-PEO (PEO-Seitenketten zur Erhöhung der Biokompatibilität) wurden mit Rezeptorliganden modifiziert, um eine verbesserte und spezifische Transfektion an ausgesuchten Zellen zu erreichen. Als Liganden wurden Folsäure (Transfektion an HeLa-Zellen), Triiod-L-thyronin (HepG2-Zellen) und die Uronsäuren der Galactose, Mannose, Glucose sowie die Lactobionsäure (HeLa-, HepG2- und 16HBE-Zellen) verwendet. Das PEI, die Pfropfcopolymere PEI-g-PEO und die Ligand-funktionalisierten Copolymere wurden hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und molekularen Parameter charakterisiert. Die Molmassenuntersuchungen mittels Größenausschlusschromatographie zeigten, dass nach der Synthese unterschiedliche Polymerfraktionen mit nicht einheitlicher chemischer Zusammensetzung vorlagen. Die anschließenden Transfektionsversuche wurden mit Hilfe einer speziellen DNA (Luciferase) an den Zelllinien HepG2 (Leberkrebszellen), HeLa (Gebärmutterhalskrebszellen) und 16HBE (Atemwegsepithelzellen) durchgeführt. Die T3(Triiod-L-thyronin)-Vektoren zeigten in Abhängigkeit vom eingesetzten Komplexverhältnis Polykation/DNA ein Maximum in der Transfektion an HepG2-Zellen. Die Hypothese der rezeptorvermittelten Endozytose ließ sich durch entsprechende T3-Überschuss-Experimente und Fluoreszenzmikroskopie-Untersuchungen bestätigen. Dagegen konnte bei den Folsäure-Vektoren keine rezeptorvermittelte Endozytose beobachtet werden. Bei den Vektoren mit Mannuronsäure-Ligand (Man) konnte an allen drei Zelllinien (HepG2, HeLa, 16HBE) eine konstante, hohe Transfereffizienz nachgewiesen werden. Sie waren bei allen eingesetzten Polymer-DNA-Verhältnissen effizienter als der Vergleichsvektor PEI. Dieses Transfektionsverhalten ließ sich durch Blockierung der Zuckerstruktur unterbinden. In Transfektionsexperimenten mit einem Überschuss an freier Mannuronsäure und fluoreszenzmikroskopischen Untersuchungen konnte eine rezeptorvermittelte Endozytose der Man-Vektoren an den o.g. Zelllinien nachgewiesen werden. Die anderen Uronsäure-Konjugate zeigten keine signifikanten Abweichungen im Transfektionsverhalten im Vergleich zum PEI-Vektor.
N2  - The goal of this work was the development of new non-viral gene transfer systems for the somatic gene therapy. For these non-viral gene vectors (polycation-DNA-complexes) on the base of ligand-functionalized polycations were synthesized, characterized and tested in transfection trials on different cell cultures (HepG2, HeLa, 16HBE). In preliminary investigations PEI-g-PEO copolymers with different grafting densities of poly(ethylene oxide) PEO8 were synthesized and characterized. This was followed by modification of PEI and the copolymer PEI-g-PEO(20) with specific receptor ligands for transfection studies to the cell lines mentioned above. Folic acid (transfection at HeLa cells), triiodo-L-thyronine (HepG2 cells) and the uronic acids of galactose, mannose, glucose as well as the lactobionic acid (HeLa, HepG2 and 16HBE cells) were used as ligands. The coupling of the ligands was performed either without a spacer or via PEO side chains and was realized by carbodiimids. The PEI and the grafted copolymers PEI-g-PEO as well as the ligand-functionalized copolymers were characterized regarding to their chemical composition and molecular parameters. Molar masses from sedimentation rate experiments of the AUC were obtained within the range of 35000 to 70000 g/mol. The molar mass investigations by means of SEC-MALLS revealed that after the grafting process both copolymers with heterogeneous chemical composition and unmodified PEI were present. The polydispersity of all PEI-g-PEO(20) based copolymers increased significantly compared with unmodified PEI. The molar masses increased with higher conversion degree as expected. The highly-substituted products exhibited an increasingly more compact structure in aqueous solution. The following transfection studies were accomplished with the help of a luciferase reporter genes at the cultures HepG2 (liver cancer cells), HeLa (cervix cancer cells) and 16HBE (lung epithelium cells). The grafted copolymers PEI-g-PEO were compared to the unmodified PEI vector in transfection experiments. Here an almost identical transfer efficiency compared to the unmodified PEI vector could be maintained accompanied by reduced toxicity up to a PEO content of 17% w/w. Folic acid copolymers were tested on HeLa cells in further vector studies. All folic acid vectors showed a maximum in the transfection at a N/P ratio (complex of polycation with DNA) of 2.5 and/or 5.0, which refers to a receptor-mediated endocytosis. However, no receptor-mediated endocytosis was observed in transfection. A similar transfection behavior was observed with the T3 vectors on HepG2 cells dependent on the N/P ratio. The hypothetical receptor-mediated endocytosis could be confirmed within the T3-functionalized vectors by appropriate T3 excess experiments. Herein the transfer efficiency of the T3 gene vectors decreased significantly while adding free low-molecular weight triiodo-L-thyronine. In contrast to this the transfer efficiency of the unmodified PEI vector decreased only negligibly. A receptor-mediated endocytosis was also confirmed by fluorescence microscopy investigation of T3-functionalized aminodextranes at transfection of HepG2 cells. Subsequently, the T3 vectors were tested at mice in vivo. Here high transfer efficiencies in comparison to the unmodified PEI vector were determined particularly in the spleen as well as in the kidneys and thyroid. The T3 vectors should be suitable for a gene transfer into hepatocytes. The vectors with uronic acid conjugates as ligands (galacturonic-, glucuronic and lactobionic acid) did not show significant deviations in the transfer efficiencies compared with the PEI vector. In contrast to this the vectors with mannuronic acid exhibit a constant high transfer efficiency at the three cell cultures HepG2, HeLa and 16HBE. They are more efficient than the PEI vector over the examined N/P range. Here the transfection proceeds independently of the charge of the complex (N/P ratio). This transfection behavior could be prevented by blocking the glycosidic OH groups of the Man vector. A receptor-mediated endocytosis of the Man vectors at the three examined cell lines (HepG2, HeLa, 16HBE) could be verified by means of transfection experiments with an excess of free mannuronic acid and fluorescence microscopic investigations. In continuing studies new gene vectors on the base of cationic starch graft copolymers were synthesized and tested in transfection studies at HepG2 and 16HBE cells. Beyond that peptide-functionalized PEI vectors, which exhibit a nuclear localization sequence (TAT), were established and their transfection in vitro was determined. Compared to the PEI vector lower transfections of the vectors on the base of cationic starch graft copolymers was observed. However, an increase is expected by coupling with T3 and mannuronic acid ligands.
KW  - Polyethylenimin
KW  - Pfropfcopolymere
KW  - Polyethylenglykole
KW  - Ligand <Biochemie>
KW  - Uronsäuren
KW  - Triiodthyronin
KW  - Gentransfer
KW  - Transfektion
KW  - Mannuronsäure
KW  - T3
KW  - PEI
KW  - Vektor
KW  - ligand
KW  - mannuronic acid
KW  - polyethelenimine
KW  - graft copolymers
KW  - T3
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5251
ER  - 
TY  - THES
A1  - Groenewolt, Matthijs
T1  - Mesostrukturierte Materialien durch Neue Templatsysteme und Nutzung Mesoporöser Silikate als Nano-Reaktoren
T1  - New templates for mesostructured materials and mesoporous silica as nano-reactor
N2  - In dieser Arbeit wird ein chemisches Abgussverfahren für selbstorganisierte Strukturen in Lösung verwendet, das es ermöglicht definierte poröse Materialien mit Strukturierung auf der Nanometerskala herzustellen. Ähnlich wie beim Gussverfahren von Werkstücken wird die Vorlage durch ein geeignetes Material abgebildet. Durch Entfernen dieser Vorlage erhält man ein poröses (mit Hohlräumen durchsetztes) Negativ derselben. Die auf diese Weise erhaltenen Materialien sind in mehrerer Hinsicht interessant: So lassen sich aus ihrer Morphologie Rückschlüsse über die Natur der selbstorganisierten Strukturen erhalten, da der hier verwendete Abbildungsprozess selbst kleinste strukturelle Details erfasst. Die Hohlräume der synthetisierten porösen Stoffe hingegen können als winzige Reaktionsgefäße, sogenannte &quot;Nano-Reaktoren&quot; verwendet werden. Dies ermöglicht sowohl die Synthese von Nano-Partikeln, die auf anderem Wege nicht zugänglich sind, als auch die Möglichkeit Einflüsse der räumlichen Restriktion auf die Reaktion zu untersuchen. Besonders räumlich ausgedehnte Strukturen sollten hierbei Auffälligkeiten zeigen. Somit ist die Gliederung der Arbeit vorgegeben: - Die Herstellung und Charakterisierung von porösen Stoffen und selbstorganisierten Strukturen - Ihre Verwendung als &quot;Nano-Reaktor&quot;
N2  - This work employs a chemical casting technique, which allows the synthesis of mesoporous materials with definite morphology and pore-size distribution. The structure is thereby determined by a self-assembled template on a nanometer length scale. By removing the template, the final mesoporous materials are formed. The materials are interesting from several points of view:  First, one can learn about the nature of self-organized structures by casting, since the process is known to map even the smallest details. Second, the porous materials can be used as &quot;nano-reactors&quot;, both for the synthesis of nano-particles, which are not otherwise accessible, and for the investigation of the reaction itself, since reactions in very small volumes often show differences when compared with their bulk counterparts. For the synthesis of geometrically extended structures this confinement could be especially interesting. The work therefore divides into two parts: - The synthesis and characterisation of porous matter and self-organized structures - Their usage as &quot;nano-reactors&quot;
KW  - Nanopartikel
KW  - meso
KW  - nano
KW  - porös
KW  - casting
KW  - silikat
KW  - meso
KW  - nano
KW  - porous
KW  - casting
KW  - silica
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2515
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TY  - THES
A1  - Holtze, Christian H. W.
T1  - Neue Einflüsse und Anwendungen von Mikrowellenstrahlung auf Miniemulsionen und ihre Kompositpolymere
T1  - New influences and applications of microwave-radiation on miniemulsions and their composite polymers
N2  - Miniemulsionen bestehen aus zwei miteinander nicht mischbaren Flüssigkeiten, von der die eine in Form kleiner Tröpfchen fein in der anderen verteilt (dispergiert) ist. Miniemulsionströpfchen sind mit Durchmessern von ungefähr 0,1 Mikrometer kleiner als herkömmliche Emulsionen und können u. a. als voneinander unabhängige Nanoreaktoren für chemische Reaktionen verwendet werden. Man unterteilt sie in direkte Miniemulsionen, in denen ein Öl in Wasser dispergiert ist, und inverse Miniemulsionen, in denen Wasser in Öl dispergiert wird. In dieser Arbeit wird das besondere chemische und physikalische Verhalten solcher Miniemulsionen unter dem Einfluß von Mikrowellenstrahlung untersucht. Dabei werden sowohl für Öl-in-Wasser als auch für Wasser-in-Öl-Miniemulsionen grundlagenwissenschaftliche Entdeckungen beschrieben und durch neue Modelle erklärt. Der praktische Nutzen dieser bislang unbeschriebenen Effekte wird durch ingenieurwissenschaftliche Anwendungsbeispiele im Bereich der Polymerchemie verdeutlicht.  1. Polymerisation mit "überlebenden Radikalen" (Surviving Radical Polymerization) Für die Herstellung von sog. Polymerlatizes (Kunststoffdispersionen, wie sie u. a. für Farben verwendet werden) aus direkten Styrol-in-Wasser Miniemulsionen werden die Styroltröpfchen als Nanoreaktoren verwendet: Sie werden mit Hilfe von Radikalen durch eine Kettenreaktion zu winzigen Polymerpartikeln umgesetzt, die im Wasser dispergiert sind. Ihre Materialeigenschaften hängen stark von der Kettenlänge der Polymermoleküle ab. In dieser Arbeit konnten durch den Einsatz von Mikrowellenstrahlung erstmals große Mengen an Radikalen erzeugt werden, die jeweils einzeln in Tröpfchen (Nanoreaktoren) auch noch lange Zeit nach dem Verlassen der Mikrowelle überleben und eine Polymerisationskettenreaktion ausführen können. Diese Methode ermöglicht nicht nur die Herstellung von Polymeren in technisch zuvor unerreichbaren Kettenlängen, mit ihr sind auch enorm hohe Umsätze nach sehr kurzen Verweilzeiten in der Mikrowelle möglich – denn die eigentliche Reaktion findet außerhalb statt. Es konnte gezeigt werden, dass durch Einsatz von Zusatzstoffen bei unvermindert hohem Umsatz die Polymerkettenlänge variiert werden kann. Die technischen Vorzüge dieses Verfahrens konnten in einer kontinuierlich betriebenen Pilotanlage nachgewiesen werden.  2. Aufheizverhalten inverser Miniemulsionen in Mikrowellenöfen Das Aufheizverhalen von Wasser-in-Öl Miniemulsionen mit kleinen Durchmessern durch Mikrowellen ist überaus träge, da sich nur das wenige Wasser in den Tröpfchen mit Mikrowellen aufheizen lässt, das Öl jedoch kaum. Solche Systeme verhalten sich gemäß der "Theorie des effektiven Mediums". Werden aber etwas größere Tröpfchen im Mikrometerbereich Mikrowellen ausgesetzt, so konnte eine wesentlich schnellere Aufheizung beobachtet werden, die auf eine Maxwell-Wagner-Grenzflächenpolarisation zurückgeführt werden kann. Die Größenabhängigkeit dieses Effekts wurde mit Hilfe der dielektrischen Spektroskopie quantifiziert und ist bislang in der Literatur nie beschrieben worden. Zur genauen Messung dieses Effekts und zu seiner technischen Nutzung wurde ein neuartiges Membranverfahren für die Herstellung von großen Miniemulsionströpfchen im Mikrometerbereich entwickelt.  3. Herstellung von Kompositpolymeren für Mikrowellenanwendungen Um die untersuchte Maxwell-Wagner-Grenzflächenpolarisation technisch nutzen zu können, wurden als dafür geeignete Materialien Kompositpolymere hergestellt. Das sind Kunststoffe, in denen winzige Wassertropfen oder Keramikpartikel eingeschlossen sind. Dazu wurden neuartige Synthesewege auf der Grundlage der Miniemulsionstechnik entwickelt. Ihr gemeinsames Ziel ist die Einschränkung der üblicherweise bei Polymerisation auftretenden Entmischung: In einem Verfahren wurde durch Gelierung die Beweglichkeit der emulgierten Wassertröpfchen eingeschränkt, in einem anderen wurde durch das Einschließen von Keramikpartikeln in Miniemulsionströpfchen die Entmischung auf deren Größe beschränkt. Anwendungen solcher Kompositpolymere könnten künstliche Muskeln, die Absorption von Radarstrahlung, z. B. für Tarnkappenflugzeuge, oder kratzfeste Lacke sein.Bei diesen Experimenten wurde beobachtet, daß sich u. U. in der Miniemulsion große Tröpfchen bilden. Ihr Ursprung wird mit einer neuen Modellvorstellung erklärt, die die Einflüsse auf die Stabilität von Miniemulsionen beschreibt.
N2  - Miniemulsions are composed of two immiscible fluids. One of which is distributed as small droplets (dispersed) in the other one. Having diameters of down to 0.05 micrometers, droplets of miniemulsions are smaller than those of conventional emulsions. Among other applications, they can be employed as independent nano-reactors for chemical reactions. They are subdivided in direct miniemulsions, for which an oil is dispersed in an aqueous phase, and inverse miniemulsions, for which water is dispersed in an oil phase. In this work, the specific chemical and physical behaviour of miniemulsions under the influence of microwave-radiation was investigated. For water-in-oil as well as for oil-in-water miniemulsions fundamental discoveries are described and explained by new models. The practical importance of these new effects is exemplified by applications in the field of polymer-chemistry.  1. Polymerization with "surviving radicals" For the production of so-called polymer-latices (dispersions of plastics, as they are used in paints and coatings) from direct styrene-in-water miniemulsions, the styrene-droplets can be considered as separate nano-reactors. Upon radical polymerization, they may be transformed to polymer particles dispersed in water in a 1:1 conversion. Their material properties strongly depend on the chain-length of the polymer molecules. In this work, using microwave radiation, for the first time great quantities of radicals could be generated that survive within the individual droplets (nano-reactors) even for a long time after leaving the microwave oven, carrying out polymerization. This method is suited for the production of polymers with great chain-lengths that cannot be obtained with other technically relevant methods. Moreover, it yields great conversion after very short residence-times in the microwave-oven: the actual reaction takes place outside of the oven. Employing additives allows the variation of chain-length at the same great net rates of conversion. The technical promises of this method could be demonstrated in a continuously operated pilot plant.  2. Heating behaviour of inverse miniemulsions with microwave-radiation The heating of water-in-oil miniemulsions with small droplets using microwaves is very slow, as only the water absorbs microwave-radiation and not the oil. The system behaves according to the "effective medium theory". If slightly larger droplets with diameters of about a micron are subjected to microwaves, they are being heated much more readily, which can be attributed to a Maxwell-Wagner-effect. The size-dependence of this effect has never been described in the literature. It could be quantified with dielectric spectroscopy. For the controlled production of big miniemulsion droples on the micron-scale and for the technical application of the size-dependence, a continuously operated membrane-emulsification device was developed.  3. Production of composite polymers for microwave-applications Suitable composite polymers were produced in order to technically exploit the size-dependence of the Maxwell-Wagner-effect. They may contain sub-micron sized water droplets or ceramic nanoparticles. For their synthesis, new strategies on the basis of miniemulsion-systems were developped, which avoid the usual phase-separation upon polymerization. In one approach, the mobility of the dispersed water droplets was limited through the gelation of the oil phase, in another approach phase separation of ceramic nanoparticles entrapped within miniemulsion droplets was restricted to the dimensions of the droplets. Applications of such composite polymers could be the development of artificial muscles, the absorption of radar radiation (e.g. for stealth applications) or scratch-resistant coatings. In these experiments the existence of stable big droplets in miniemulsions was discovered. Their origin can be explained by a new model that describes the influences on miniemulsion stability.
KW  - Emulsion
KW  - Miniemulsion
KW  - radikalische Polymerisation
KW  - Mikrowelle
KW  - Rohrreaktor
KW  - Membran
KW  - überlebende Radikale
KW  - Maxwell-Wagner
KW  - Grenzflächenpolarierung
KW  - kolloidale Stabilität
KW  - Kompositpolymer
KW  - radical
KW  - miniemulsion
KW  - polymerization
KW  - Maxwell-Wagner
KW  - composite
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2492
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TY  - THES
A1  - Mertoglu, Murat
T1  - The synthesis of well-defined functional homo- and block copolymers in aqueous media via Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT) Polymerization
T1  - -
N2  - New chain transfer agents based on dithiobenzoate and trithiocarbonate for free radical polymerization via Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer (RAFT) were synthesized. The new compounds bear permanently hydrophilic sulfonate moieties which provide solubility in water independent of the pH. One of them bears a fluorophore, enabling unsymmetrical double end group labelling as well as the preparation of fluorescent labeled polymers. Their stability against hydrolysis in water was studied, and compared with the most frequently employed water-soluble RAFT agent 4-cyano-4-thiobenzoylsulfanylpentanoic acid dithiobenzoate, using UV-Vis and 1H-NMR spectroscopy. An improved resistance to hydrolysis was found for the new RAFT agents, providing good stabilities in the pH range between 1 and 8, and up to temperatures of 70°C. Subsequently, a series of non-ionic, anionic and cationic water-soluble monomers were polymerized via RAFT in water. In these experiments, polymerizations were conducted either at 48°C or 55°C, that are lower than the conventionally employed temperatures (>60°C) for RAFT in organic solvents, in order to minimize hydrolysis of the active chain ends (e.g. dithioester and trithiocarbonate), and thus to obtain good control over the polymerization. Under these conditions, controlled polymerization in aqueous solution was possible with styrenic, acrylic and methacrylic monomers: molar masses increase with conversion, polydispersities are low, and the degree of end group functionalization is high. But polymerizations of methacrylamides were slow at temperatures below 60°C, and showed only moderate control. The RAFT process in water was also proved to be a powerful method to synthesize di- and triblock copolymers including the preparation of functional polymers with complex structure, such as amphiphilic and stimuli-sensitive block copolymers. These include polymers containing one or even two stimuli-sensitive hydrophilic blocks. The hydrophilic character of a single or of several blocks was switched by changing the pH, the temperature or the salt content, to demonstrate the variability of the molecular designs suited for stimuli-sensitive polymeric amphiphiles, and to exemplify the concept of multiple-sensitive systems. Furthermore, stable colloidal block ionomer complexes were prepared by mixing anionic surfactants in aqueous media with a double hydrophilic block copolymer synthesized via RAFT in water. The block copolymer is composed of a noncharged hydrophilic block based on polyethyleneglycol and a cationic block. The complexes prepared with perfluoro decanoate were found so stable that they even withstand dialysis; notably they do not denaturate proteins. So, they are potentially useful for biomedical applications in vivo.
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war es, neue Kettenübertragungs Agenzien, basierend auf Dithiobenzoat- und Trithiocarbonatderivaten zu synthetisieren, welche in der "Reversiblen Additions-Fragmentierungs Kettenübertragungs-Polymerisation" (RAFT) eingesetzt werden können. Die neu synthetisierten Verbindungen zeichnen sich durch permanent hydrophile Sulfonatgruppen aus, welche eine pH-unabhängige Löslichkeit in Wasser ermöglichen. Eine dieser Verbindungen trägt ein Fluorophore, wodurch eine asymmetrische doppelte Endgruppenmarkierung sowie die Herstellung von Fluoreszenzmarkierten Polymeren möglich ist. Die Hydrolysestabilität dieser Verbindungen in wässriger Lösung im Vergleich mit dem z. Zeit bekanntesten wasserlöslichen RAFT Agenz (4-Cyano-4-thiobenzoylsulfanylpentansäuredithiobenzoate) wurde unter Anwendung spektroskopischer Methoden (UV-Vis, 1H-NMR) untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass diese neue Verbindungen deutlich bessere Hydrolysestabiltäten im pH-Bereich von 1-8 und bis zu einer Temperatur von 70°C besitzen. Die neuen RAFT-Verbindungen wurden ebenfalls bezgl. Ihrer Eignung in der Polymerisation von wasserlöslichen nichtionischen, anionischen und kationischen Monomeren in wässrigem Medium bei 48°C und 55°C getestet. Unter diesen Bedingungen konnten Vinylverbindungen wie z. B. Styrenderivate. Acrylate und Methacrylate kontrolliert polymerisiert werden: Die Molmasse stieg mit dem Umsatz, die Polydispersitäten waren niedrig und die isolierten Polymere zeigten Grad an Endgruppenfunktionalität. Bei der Polymerisation von Methacrylamiden wurde bei Polymerisationstemperaturen unter 60°C nur eine mäßige Kontrolle gefunden.  Es konnte weiterhin die RAFT Polymerisation in Wasser als leistungsstarke Methode zur Herstellung definierter Di- und Triblockcopolymere, einschließlich der Synthese von funktionalen Polymeren mit komplexer Struktur – beispielsweise amphiphiler- und schaltbare (stimuli responsive) Blockcopolymere entwickelt werden. Dies beinhaltet auch Polymere, die einen oder zwei schaltbare hydrophile Polymerblöcke enthalten. Der hydrophile Eigenschaft eines oder mehrer Blöcke kann durch äußere Reize wie pH-Änderung, Temperatur oder Salzgehalt geändert werden. Diese Beispiele demonstrierten die Variabilität des für schaltbare Polyamphiphile notwendigen Designs und zeigten exemplarisch das Konzept für multi-sensitive Systeme.
KW  - RAFT
KW  - wasser
KW  - blockcopolymere
KW  - stimuli-sensitive
KW  - RAFT
KW  - water
KW  - blockcopolymer
KW  - stimuli-sensitive
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2338
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TY  - THES
A1  - Rusu, Viorel Marin
T1  - Composite materials made of chitosan and nanosized apatite : preparation and physicochemical characterization
T1  - -
N2  - Taking inspiration from nature, where composite materials made of a polymer matrix and inorganic fillers are often found, e.g. bone, shell of crustaceans, shell of eggs, etc., the feasibility on making composite materials containing chitosan and nanosized hydroxyapatite were investigated. A new preparation approach based on a co-precipitation method has been developed. In its earlier stage of formation, the composite occurs as hydrogel as suspended in aqueous alkaline solution. In order to get solid composites various drying procedures including freeze-drying technique, air-drying at room temperature and at moderate temperatures, between 50oC and 100oC were used. Physicochemical studies showed that the composites exhibit different properties with respect to their structure and composition. IR and Raman spectroscopy probed the presence of both chitosan and hydroxyapatite in the composites. Hydroxyapatite as dispersed in the chitosan matrix was found to be in the nanosize range (15-50 nm) and occurs in a bimodal distribution with respect to its crystallite length. Two types of distribution domains of hydroxyapatite crystallites in the composite matrix such as cluster-like (200-400 nm) and scattered-like domains were identified by the transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and by confocal scanning laser microscopy (CSLM) measurements. Relaxation NMR experiments on composite hydrogels showed the presence of two types of water sites in their gel networks, such as free and bound water. Mechanical tests showed that the mechanical properties of composites are one order of magnitude less than those of compact bone but comparable to those of porous bone. The enzymatic degradation rates of composites showed slow degradation processes. The yields of degradation were estimated to be less than 10% by loss of mass, after incubation with lysozyme, for a period of 50 days. Since the composite materials were found biocompatible by the in vivo tests, the simple mode of their fabrication and their properties recommend them as potential candidates for the non-load bearing bone substitute materials.
N2  - Inspiriert von Natur, bei der Kompositmaterialien aus Polymermatrices und anorganischen Füllstoffen z.B. in Knochen, Krustentieren und Eierschalen vorzufinden sind, wurde die Herstellungsmöglichkeit von Kompositmaterial aus Chitosan und Hydroxyapatitdispersionen untersucht. Basierend auf einem Kopräzipitationsverfahren wurde eine neue Herstellungsmethode entwickelt, die als flexibler Zugang zu einem Spektrum von Komposittypen führt. In den frühen Phasen der Kompositbildung entsteht ein in der wässrigen alkalischen Lösung suspendiertes Hydrogel, das durch Filtration und Zentrifugation isoliert werden kann. IR und Ramanspektroskopie klären das Vorhandensein von Chitosan und Hydroxyapatit im Kompositmaterial. Hydroxyapatit ist als Nanopartikel der Größe von 15-50 nm in bimodaler Verteilung in der Chitosanmatrix dispersiert, und in durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), X-Ray Diffraction (XRD) und Konfokaler Laserscanmikroskopie (CSLM) nachweisbaren 200-400 nm großen Clustern assembliert. NMR-Relaxationsmessungen an Hydrogelkompositmaterial decken die Existenz zweier Klassen vorkommenden Wassers im Netzwerk auf, gebundenes und freies Wasser. Mechanische Tests zeigen, dass die mechanische Festigkeit etwa eine Größenordnung unter der von massivem Knochen liegt, der Festigkeit von porösem Knochen aber gleichkommt. Enzymatische Abbauraten des Kompostimaterials sind als langsam einzuschätzen. Eine 50-tägige Einwirkzeit von Lysozym führte zu einem Abbau von 10 % der Kompositmasse. Die sich durch in vivo Tests herausstellende Biokompatibilität, die einfachen Herstellungsmöglichkeiten und die physikochemischen Eigenschaften empfehlen dieses Material als vielversprechenden Kandidaten für Knochenersatzmaterial in mäßig belasteten Bereichen.
KW  - Chitosan
KW  - Hydroxyapatit
KW  - Nanopartikel
KW  - Kompositmaterial
KW  - Chitosan
KW  - hydroxyapatite
KW  - nanoparticles
KW  - composites
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2316
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rosenhauer, Regina
T1  - Lichtinduzierte Generierung von optisch anisotropen Filmen auf der Basis von multi-funktionalen Polymeren
N2  - Gegenstand der Arbeit ist die lichtinduzierte Orientierung von multifunktionalen Polymeren, die u.a. für die Herstellung von optischen Schichten in Flüssigkristalldisplays verwendet werden können. Dafür wurden Polymere entwickelt, die wenigstens eine mesogene und eine lichtsensitive Gruppe enthalten. Diese Gruppen zeigen Eigenschaften, die für die Orientierung der kompletten Polymerfilme verantwortlich sind. Das Material wird dafür zunächst in einem ersten Schritt kurz mit linear polarisiertem Licht bestrahlt, wobei richtungsabhängig eine photochemische Reaktion an der lichtsensitiven Gruppe erfolgt und dadurch ein "Orientierungskeim" gelegt wird. Durch die thermische Ausrichtung der mesogenen Gruppen an den photochemisch generierten "Orientierungskeimen" erfolgt die komplette Orientierung des Filmes in einem zweiten Schritt. Dadurch wird eine hohe optische Anisotropie erhalten. Dieses Verfahren wurde als Zwei-Stufen-Bulk-Orientierungsprozess bezeichnet.  In der vorliegenden Arbeit wurden die Photoreaktionen verschiedener lichtsensitiver Gruppen, wie z. B. Azobenzen, Stilben und Zimtsäureester und deren Orientierungsfähigkeit in flüssigkristallinen Polymeren untersucht. Der Orientierungsprozess wurde durch die Wahl geeigneter Bestrahlungsbedingungen optimiert. Die Effizienz der Orientierung wurde anhand der sich verändernden winkelabhängigen Absorptionseigenschaften und der Doppelbrechung des Materials analysiert. Es wurde gezeigt, dass eine effiziente lichtinduzierte Orientierung bei einer Vielzahl von flüssigkristallinen Polymeren realisierbar ist. So wurde z. B. erstmalig gefunden, dass durch eine Photo-Fries-Orientierung eine hohe optische Anisotropie erhalten werden kann. Außerdem wurde eine neue lichtsensitive Gruppe auf der Basis von Donor-Akzeptor-substituiertem Ethen entwickelt, die farbneutral ist und durch polarisiertes UV-Licht sowohl orientiert als auch re-orientiert werden kann.  Es wurden weiterhin Polymere entwickelt, die zusätzlich zu den photosensitiven und flüssigkristallinen Einheiten, fluoreszierende Gruppen enthalten. Die Auswahl geeigneter Fluoreszenzverbindungen erfolgte aufgrund ihrer anisometrischen Form, ihrer Ordnungsparameter in einer niedermolekularen Flüssigkristallmischung und ihrer Photostabilität. Das Orientierungsverhalten von ausgewählten Fluorophoren wurde in sechs Ter- und zwei Copolymeren untersucht. Das Prinzip der Orientierung beruht auf einer kooperativen Ausrichtung der Seitengruppen. Aus diesem Grund kommt dem Nachweis der Kooperativität in der vorliegenden Arbeit eine besondere Stellung zu.  Durch lichtinduzierte Bulk-Orientierung wurden Filme erhalten, welche durch eine richtungsabhängige Fluoreszenz und Absorption im sichtbaren- oder UV-Bereich charakterisiert sind. Die Fluoreszenz wird durch einige lichtsensitive Verbindungen komplett gelöscht. Die wahlweise erhaltenen anisotropen Filme von farbigen, fluoreszierenden oder farbneutralen Verbindungen, die zudem in kleinen Pixeln von wenigen Mikrometern orientiert werden können, eröffnen vielfältige Möglichkeiten für den Einsatz von multi-funktionalen Polymeren als optische Schichten in Flüssigkristalldisplays.
N2  - The work presents the light-induced orientation of multifunctional polymers, which can be used for the preparation of optical films in liquid crystal displays (LCDs). Polymers which contain at least one mesogenic and one photosensitive side group were developed for this approach. The side groups of the specially designed polymers show properties which allow for the orientation of the whole polymer film. Isotropic films of the polymeric material were shortly irradiated with linearly polarised light in a first step. So, a photochemical reaction on the light-sensitive group takes place and results in the generation of "orientational seeds". The complete orientation of the polymer film takes place applying a secondary thermal step which aligns the mesogenic groups near to these "orientational seeds". In this way highly anisotropic films are generated. This method was called two-step-bulk-orientation process.  The photoreaction of different light-sensitive groups, such as azobenzene, stilbene, cinnamic ester and their ability to orient liquid crystalline polymers were investigated in this thesis. The orientation process was optimised using suitable irradiation conditions. The efficiency of the orientation was analysed measuring the angular dependent absorbance and the birefringence of the material due to the ordering procedure. It was shown, that a light-induced orientation is practicable in a high amount of different liquid crystalline polymers. So, for the first time it was found, that the generation of a high optical anisotropy is achieved as result of the rearrangement of the Photo-Fries-Reaction. Moreover, a new light-sensitive group based on donor-acceptor substituted ethylene was developed, which is colourless and allow the orientation and reorientation using polarised UV light.  Moreover, polymers were developed, which contain fluorescent groups in addition to the photo-sensitive and mesogenic units. The selection of suitable fluorophores was carried out with respect to their anisometric shape, their order parameter in a low molecular liquid crystalline mixture and their photostability. The orientational behaviour of selected fluorophores in six terpolymers and in two copolymers were investigated. The principle of the ordering is based on the cooperative orientation of the side groups. In this way the verification of the cooperativity of the process plays an important role in this work.  It was shown, that films can be fabricated by means of the light-induced bulk-orientation, which is characterised by an angular selective fluorescence and absorption in the UV or visible region. The fluorescence was completely quenched by some light-sensitive groups. In this way the anisotropic films became optional coloured, fluorescent or colourless and can be patterned in small anisotropic pixels of some micrometers. So, the developed multifunctional materials and the ordering method open new possibilities for the generation of different types of optical films in LCDs.
T2  - Lichtinduzierte Generierung von optisch anisotropen Filmen auf der Basis von multi-funktionalen Polymeren
KW  - multifunktionale Polymere
KW  - Anisotropie
KW  - photosensitiv
KW  - flüssigkristallin
KW  - Fluoreszenz
KW  - Azobenzen
KW  - Zimtsäureester
KW  - Stilben
KW  - Ethen
KW  - Anthrazen
KW  - optis
KW  - multifunctional polymers
KW  - anisotropy
KW  - photosensitive
KW  - liquid crystalline
KW  - fluorescence
KW  - azobenzene
KW  - cinnamic ester
KW  - stilbene
KW  - ethylene
KW  - anthracene
KW  - op
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001890
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TY  - THES
A1  - Schlaad, Helmut
T1  - Polymer self-assembly : adding complexity to mesostructures of diblock copolymers by specific interactions
N2  - In dieser Arbeit wurde die Rolle selektiver, nicht-kovalenter Wechselwirkungen bei der Selbstorganisation von Diblockcopolymeren untersucht. Durch Einführung elektrostatischer, dipolarer Wechselwirkungen oder Wasserstoffbrückenbindungen sollte es gelingen, komplexe Mesostrukturen zu erzeugen und die Ordnung vom Nanometerbereich auf größere Längenskalen auszuweiten. Diese Arbeit ist im Rahmen von Biomimetik zu sehen, da sie Konzepte der synthetischen Polymer- und Kolloidchemie und Grundprinzipien der Strukturbildung in supramolekularen und biologischen Systemen verbindet. Folgende Copolymersysteme wurden untersucht: (i) Blockionomere, (ii) Blockcopolymere mit chelatisierenden Acetoacetoxyeinheiten und (iii) Polypeptid-Blockcopolymere.
N2  - In this work, the basic principles of self-organization of diblock copolymers having the in&#172;herent property of selective or specific non-covalent binding were examined. By the introduction of electrostatic, dipole&ndash;dipole, or hydrogen bonding interactions, it was hoped to add complexity to the self-assembled mesostructures and to extend the level of ordering from the nanometer to a larger length scale. This work may be seen in the framework of biomimetics, as it combines features of synthetic polymer and colloid chemistry with basic concepts of structure formation applying in supramolecular and biological systems. The copolymer systems under study were (i) block ionomers, (ii) block copolymers with acetoacetoxy chelating units, and (iii) polypeptide block copolymers.
T2  - Polymer self-assembly : adding complexity to mesostructures of diblock copolymers by specific interactions
KW  - block copolymer
KW  - polypeptide
KW  - controlled polymerization
KW  - self-assembly
KW  - specific interactions
KW  - micelle
KW  - vesicle
KW  - solid-state structure
KW  - colloids
KW  - Blockcopolymer
KW  - Polypeptid
KW  - kontrollierte Polymerisation
KW  - Selbstorganisation
KW  - spezifische Wechselwirkungen
KW  - Mizelle
KW  - Vesikel
KW  - Festkörperstruktur
KW  - Kol
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001824
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TY  - THES
A1  - Sinn, Cornelia G.
T1  - Ion binding to polymers and lipid membranes in aqueous solutions : Ionenbindung an Polymeren und Lipidmembranen in wässrigen Lösungen
N2  - Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Ionenbindung an Polymeren und Lipidmembranen in wässrigen Lösungen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde der Einfluss verschiedener anorganischer Salze und Polyelektrolyte auf die Struktur des Wassers mit Hilfe Isothermer Mikrotitrationskalorimetrie (ITC) erforscht. Die Verdünnungswärme der Salze wurde als Maß für die Fähigkeit der Ionen, die geordnete Struktur des Wassers zu stabilisieren oder zu zerstören, verwendet. Die Verdünnungswärmen konnten auf Hofmeister Effekte zurückgeführt werden. Im Anschluss daran wurde die Bindung von Ca2+ an Natrium- Poly(acrylsäure) (NaPAA) untersucht. Mit Hilfe von ITC und einer Ca2+- selektiven Elektrode wurde die Reaktionsenthalpie und Bindungsisotherme gemessen. Es wurde gezeigt, dass die Binding von Ca2+ - Ionen an NaPAA stark endotherm und daher entropiegetrieben ist. Anschließend wurde die Bindung von Ca2+ an die eindimensionale Polymerkette mit der an ein Lipidvesikel mit denselben funktioniellen Gruppen verglichen. Es wurde beobachtet, dass die Ionenbindung &ndash;wie auch im Fall des Polymers- endotherm ist. Ein Vergleich der Ca2+- Bindung an die Lipidmembran mit der an das Polymer konnte zeigen, dass das Ion schwächer an die Membran bindet. Im Zusammenhang mit diesen Experimenten wurde auch beobachtet, dass Ca2+ nicht nur an geladene, sondern auch an zwitterionische Lipidvesikel bindet. Schließlich wurde die Wechselwirkung zweier Salze, KCl and NaCl, mit einem neutralen Polymergel, PNIPAAM, und dem geladenen Polymer PAA untersucht. Mit Hilfe von Kalorimetrie und einer kaliumselektiven Elektrode wurde beobachtet, dass die Ionen mit beiden Polymeren wechselwirken, unabhängig davon, ob diese Ladungen tragen, oder nicht.
N2  - The goal of this work was to study the binding of ions to polymers and lipid bilayer membranes in aqueous solutions. In the first part of this work, the influence of various inorganic salts and polyelectrolytes on the structure of water was studied using Isothermal Titration Calorimetry (ITC). The heat of dilution of the salts was used as a scale of water structure making and breaking of the ions. The heats of dilution could be attributed to the Hofmeister Series. Following this, the binding of Ca2+ to poly(sodium acrylate) (NaPAA) was studied. ITC and a Ca2+ Ion Selective Electrode were used to measure the reaction enthalpy and binding isotherm. Binding of Ca2+ ions to PAA, was found to be highly endothermic and therefore solely driven by entropy. We then compared the binding of ions to the one-dimensional PAA polymer chain to the binding to lipid vesicles with the same functional groups. As for the polymer, Ca2+ binding was found to be endothermic. Binding of calcium to the lipid bilayer was found to be weaker than to the polymer. In the context of these experiments, it was shown that Ca2+ not only binds to charged but also to zwitterionic lipid vesicles. Finally, we studied the interaction of two salts, KCl and NaCl, to a neutral polymer gel, PNIPAAM, and to the ionic polymer PAA. Combining calorimetry and a potassium selective electrode we observed that the ions interact with both polymers, whether containing charges or not.
T2  - Ion binding to polymers and lipid membranes in aqueous solutions : Ionenbindung an Polymeren und Lipidmembranen in wässrigen Lösungen
KW  - Ionen
KW  - Bindung
KW  - Salz
KW  - Wasser
KW  - Struktur
KW  - Hofmeister
KW  - Polyelektrolyt
KW  - Isotherme Titrationskalorimetrie
KW  - ionenselektive Elektrode
KW  - Vesikel
KW  - Calcium
KW  - Micr
KW  - ions
KW  - binding
KW  - salt
KW  - water
KW  - structure
KW  - Hofmeister
KW  - polyelectrolyte
KW  - Isothermal Titration Calorimetry
KW  - ion selective electrode
KW  - vesicle
KW  - calcium
KW  - micro
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001778
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TY  - THES
A1  - Appajaiah, Anilkumar
T1  - Climatic stability of polymer optical fibers (POF)
N2  - Optische Polymerfasern stellen ein relativ neues Medium zur Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung mittels moduliertem Licht dar. Sie gestatten die Verbreitung großer Datenmengen über Entfernungen bis zu ca. 100 m, ohne eine Beeinflussung durch externe elektromagnetischen Feldern. Jedoch reagieren die Fasern und somit auch ihre optischen Eigenschaften aufgrund des organischchemischen Faseraufbaus empfindlich auf das Klima ihrer Umgebung. Die Ursachen für die Abnahme der optischen Transmission aufgrund von klimatischen Einflüssen (Alterung, Degradation) werden mittels chemisch analytischer Verfahren wie Chemilumineszenz (CL) und Fourier Transform Infrarot (FTIR) Spektroskopie untersucht. Dabei kommen fünf, von verschiedenen Herstellern bezogene, Multimode- POFs aus PMMA in sieben verschiedenen Klimaten zum Einsatz. Drei dieser fünf POFs werden genauer untersucht, um den Einfluss einzelner Parameter festzustellen und optische Langzeitstabilität aufgrund von Kurzzeittests vorherzusagen. Als erstes erfolgt eine Kennzeichnung unbeanspruchter POF Komponenten (Kern, Mantel und nackte POF als Kombination von Kern und Mantel) über ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften. Die Glas- und die Schmelztemperaturen liegen im Bereich von 120 °C bis 140 °C, das Molekulargewicht des Kerns bei größenordnungsmäßig 105 g mol-1 ;. FTIR-Messungen zeigen zwar Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung der Mäntel aber keine Unterschiede bei den Kernen. Bei zwei der POF Proben , die als Kabel (Kern, Mantel und Schutzhülle) für 3300 Stunden einem Klima aus 92 °C und 95 % relativer Feuchte (r.F.) ausgesetzt waren, verringern sich daraufhin die optische Transmissionen in unterschiedlicher Weise. Die Untersuchung der zugehörigen nackten POFs mittels CL, FTIR, Thermogravimetrie (TG), UV/VIS und Gel Permeation Chromatographie (GPC) lässt eine stärkere Schädigung der Mäntel als der Kerne vermuten. Wahrscheinlich führt eine starke Manteldegradation zu einer erhöhten Absorption und Fehlstellen im Mantel und damit zu einer Transmissionsabnahme. Daher scheint die optische Stabilität der POF stärker durch die thermo-oxidative Stabilität des Mantels bestimmt zu sein als durch die des Kernes. Drei nackte POFs (Kern und Mantel) sind unterschiedlich lang (30 Stunden bis 3000 Stunden) folgenden Klimaten ausgesetzt: 92 °C / 95 % r.F., 92 °C / 50 % r.F., 50 °C / 95 % r.F., 90 °C / geringe Feuchte, 100 °C / geringe Feuchte, 110 °C / geringe Feuchte and 120 °C / geringe Feuchte. Auch in diesen Klimaten ergaben sich probenbedingte unterschiedliche Transmissionsänderungen. Die Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass bei gleichzeitig hoher Temperatur und hoher Feuchte physikalische Änderungen wie die Volumenausdehnung die Hauptursachen für die Abnahme der optischen Transmission bilden. Ein weiterer Einflussfaktor ist die chemische Zusammensetzung der Mäntel. Bei Kombination von hoher Temperatur und geringer Feuchte erzeugen in den Anfangsstadien der Alterung physikalische Änderungen Transmissionsabnahmen, vermutlich entstehen Fehlstellen in der Kern-Mantel-Grenzschicht. Hinzukommen in den späteren Stadien wahrscheinlich zunehmende Lichtabsorption in Kern und Mantel. L. Jankowski (Doktorand in der BAM) bestätigt diese Annahme durch parallel ausgeführte optische Simulationsrechnungen. Auch für nackte POFs scheint also die thermo-oxidative Stabilität die optische Stabilität zu bestimmen. Kurzzeitalterungstests sollen Aufschluss über den Einfluss individueller Klimaparameter auf die POF Eigenschaften geben. Es zeigt sich bei dauerhaft hoher Temperatur und variabler Feuchte aufgrund des physikalisch absorbierten Wassers bis zu einem gewissen Grad ein reversibles Verhalten des Transmissionsverlustes. Dieses Verhalten tritt aber nur kaum merkbar auf, wenn bei konstanter hoher Feuchte die Temperatur variiert wird. Bei Raumtemperatur und variabler Feuchte stellt sich jedoch ein voll reversibles Verhalten des Transmissionsverlustes ein. Die hier beschriebenen Untersuchungen sind als Ausgangspunkt für weitergehende Forschungen zu verstehen. Die begrenzte Zurverfügungstellung von POF Basisdaten durch die Hersteller und der zeitaufwendige klimabedingte Alterungsprozess beschränken die Ergebnisse mehr oder weniger auf die untersuchten Proben. Signifikante allgemeine Aussagen erfordern aber beispielsweise zusätzliche statistische Daten der Produktionsschwankungen von POF Eigenschaften. Dennoch besitzen die hier beschriebenen Tests das Potential für eine Annäherung an die optische Langzeitstabilität und deren Vorhersage.
N2  - Polymer optical fibers (POFs) are a rather new tool for high-speed data transfer by modulated light. They allow the transport of high amounts of data over distances up to about 100 m without be influenced by external electromagnetic fields. Due to organic chemical nature of POFs, they are sensitive to the climate of their environment and therefore the optical fiber properties are as well. Hence, the optical stability is a key issue for long-term applications of POFs. The causes for a loss of optical transmission due to climatic exposures (aging/degradation) are researched by means of chemical analytical tools such as chemiluminescence (CL) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy for five different (with respect to manufacturers) step-index multimode PMMA based POFs and for seven different climatic conditions. Three of the five POF samples are studied more in detail to realize the effects of individual parameters and for forecasting longterm optical stability by short-term exposure tests. At first, the unexposed POF components (core, cladding, and bare POF as combination of core and cladding) are characterized with respect to important physical and chemical properties. The glass transition temperature Tg, and the melting temperature Tm are in the region of 120 °C to 140 °C, the molecular weight (Mw) of cores is in the order of 105 g mol-1. POFs are found to have different chemical compositions of their claddings as could be detected by FTIR, but identical compositions of their cores. Two of the POFs are exposed as cables (core, cladding and jacket) for about 3300 hours to the climate 92 °C / 95 % relative humidity (RH) resulting in a different transmission decrease. Investigating the related unexposed and exposed bare POFs for degradation using CL, FTIR, thermogravimetry (TG), UV/visible transmittance and gel permeation chromatography (GPC) suggest that claddings of POFs are more affected than cores. Probably the observed loss of transmission is mainly due to increased light absorption and imperfections at the core-cladding boundary caused by a large degradation of claddings. Hence, it is highly possible that the optical transmission stability of POFs is governed mainly by the thermo-oxidative stability of the cladding and minor of the core. Three bare POFs (core and cladding only) are exposed for different duration of exposure time (30 hours to 4500 hours) to 92 °C / 95 %RH, 92 °C / 50 %RH, 50 °C / 95 %RH, 90 °C / low humidity, 100 °C / low humidity, 110 °C / low humidity and 120 °C / low humidity. In these climates their transmission variations are found to be different from each other, too. The outcomes strongly inform that under high temperature and high humid climates physical changes such as volume expansion, are the main sources for the loss of optical transmission. Also, the optical transmission stability of POFs is found to be dependent on chemical compositions of claddings. Under high temperature and low humid conditions, a loss of transmission at the early stages of the exposure is mainly caused by physical changes, presumable by corecladding interface imperfections. For the later stages of exposures it is proposed to an additional increase of light absorption by core and cladding owes to degradation. Optical simulation results obtained parallel by Mr. L. Jankowski (a PhD student of BAM) are found to confirm these results. For bare POFs, too, the optical stability of POFs seems to depend on their thermo-oxidative stability. Some short-term exposure tests are conducted to realize influences of individual climatic parameters on the transmission property of POFs. It is found that at stationary high temperature and variable humidity conditions POFs display to a certain amount a reversible transmission loss due to physically absorbed water. But in the case of varying temperature and constant high humidity such reversibility is hardly noticeable. However, at room temperature and varying humidity, POFs display fully reversible transmission loss. The whole research described above has to be regarded as a starting point for further investigations. The restricted distribution of fundamental POF data by the manufacturers and the time consuming aging by climatic exposures restrict the results more or less to the samples, investigated here. Significant general statements require for example additional information concerning the variation of POF properties due to production. Nevertheless the tests, described here, have the capability for approximating and forecasting the long-term optical transmission stability of POFs. -------------- Auch im Druck erschienen: Appajaiah, Anilkumar: Climatic stability of polymer optical fibers (POF) / Anilkumar Appajaiah. - Bremerhaven : Wirtschaftsverl. NW, Verl. für neue Wiss., 2005. - Getr. Zählung [ca. 175 S.]. : Ill., graph. Darst. - (BAM-Dissertationsreihe ; 9) ISBN 3-86509-302-7
T2  - Climatic stability of polymer optical fibers (POF)
KW  - POF; Reliabilität; Abbau; Chemilumineszenz
KW  - POF; reliability; degradation; chemiluminescence
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001661
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TY  - THES
A1  - Losik, Magdalena
T1  - Phasenverhalten von Polypeptid-Blockcopolymeren
N2  - Die vorliegende Arbeit beschreibt das Verhalten von Polypeptid-Blockcopolymeren in der festen Phase und in selektiven Lösungsmitteln. Blockcopolymere auf Basis von Poly(L-glutaminsäure-5-benzylester) (PBLGlu) oder Poly(N&#949;-benzoyloxycarbonyl-L-lysin) (PZLLys), die in dieser Arbeit eingesetzt wurden, besitzen wegen ihrer helikalen Sekundärstruktur eine sog. Stäbchen-Knäuel-Geometrie, wobei die Knäuelkomponente Polystyrol oder Polybutadien ist. Die Phasenbildung dieser Blockcopolymere ist durch die Packungseigenschaften des rigiden Blocks beeinflusst. Es wurden bevorzugt lamellare Strukturen gebildet, in denen die Stäbchen parallel angeordnet sind. Das Vorhandensein eines permanenten Dipolmomentes führt zur Wechselwirkung zwischen den Helices und zur Erhöhung des Ordnungsgrades in der Phase. Ein zusätzlicher Parameter, der die Morphologie der Phase beeinflußt, ist die Chiralität der Peptidhelix, durch die chirale Überstrukturen induziert werden. In dünnen Filmen (40 nm), wo die Geometrie begrenzt ist, führt es zu Frustrationen in der Phase. Die dadurch entstandene Spannung wurde durch einen zick-zack-artigen Lamellenverlauf abgebaut. In selektiven Lösungsmitteln für die synthetische Komponente (PS) bilden die Polypeptid-Blockcopolymere vesikuläre Strukturen, deren kugel- oder wurmförmige Geometrie von der Elastizität der Membran abhängig ist. Durch Entfernung der Z-Schutzgruppe kann PZLLys in eine wasserlösliche Form überführt werden, so dass die PB-PLLys Blockcopolymere unter Bildung von Vesikeln in Wasser löslich sind. Dabei ist die Konformation des Peptids vom pH-Wert des Mediums abhängig und kann von einem Knäuel zu einer Helix reversibel geschaltet werden. Beim Modifizieren der Sekundärstruktur wurde eine Änderung der Aggregationszahl beobachtet. Somit können diese Blockcopolymere für die Herstellung von schaltbaren Aggregaten eingesetzt werden.
N2  - The presented work describes the behaviour of polypeptide-blockcopolymers in the solid-state and well as in selective solvents. Blockcopolymers consisting of PBLGlu or PZLLys , which have been utilized in this work, possess, because of their helical structure, a so-called Rod-Coil Geometry, where the coil component consists of polystyrene or polybutadiene. The phase morphology of these block copolymers is dominated by the packing properties of the rigid blocks. Most commonly, lamellar structures were formed, where the rods were ordered in a parallel fashion. The presence of a permanent dipole moment leads to an interaction between the helices and to an increase in the degree of order within the phase. An additional parameter that influences the phase morphology is the chirality of the peptide helix, which induces the formation of chiral superstructures. In thin films (40 nm), where the geometry is limited, a disordering within the phase is observed. The resulting tension leads to the formation of a zig-zag lamellar pattern. In selective solvents of the synthetic component (PS) of the blockcopolymer, formation of vesicular structures are observed, with spherical or worm-like geometry, depending on the elasticity of the membrane. Through removal of the z-protective groups, PZLLys becomes soluble in water, through the formation of PB-PLLys blockcopolymer vesicles. The conformation of the peptide is dependent on the pH value of the medium and can be reversibly changed from a coil to a helix structure. Through modification of the secondary structure, a change in the aggregation number is observed. Thereby, these blockcopolymers may find application in the fabrication of switchable aggregates.
T2  - Phasenverhalten von Polypeptid-Blockcopolymeren
KW  - Stäbchen-Knäul; amphiphile Blockcopolymere; ; Polypeptide; Festphasen; Struktur; Morphologie; Kolloide; Selbstorganisation; Vesikel; schaltbare Aggr
KW  - rod-coil; amphiphilic block copolymers; polypeptide; solid state; structure; morphology; kolloids; self assembly; vesicles; switchable aggregates
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001613
ER  - 
TY  - THES
A1  - Erbe, Andreas
T1  - Ellipsometrische Lichtstreuung als neue Methode zur Charakterisierung der Grenzfläche von Kolloiden
N2  - Die ellipsometrische Lichtstreuung wird als eine neue, leistungsfähige Methode zur Charakterisierung von Schichten um kolloidale Partikel vorgestellt. Theoretische Grundlage der Methode ist die Mie-Theorie der Lichtstreuung. Experimentell wurde die Polarisationsoptik eines Null-Ellipsometers in den Strahlengang eines Lichtstreuaufbaus eingebaut. Wie in der Reflexionsellipsometrie um den Brewsterwinkel herum erhält man in der ellipsometrischen Streuung einen Winkelbereich, in dem die Methode empfindlich auf Schichten an der Oberfläche der Partikel ist. An verschiedenen Systemen wurde die Tauglichkeit der ellipsometrischen Streuung zur Charakterisierung von Schichten auf Partikeln demonstriert. So wurden Dicke und Brechungsindex einer thermosensitiven Schicht von Poly(N-isopropylacrylamid) auf einem Poly(methylmethacrylat)-Kern bestimmt. Damit ist es möglich, experimentell den Schichtbrechungsindex und damit den Quellungsgrad zu bestimmen. Des Weiteren wurde der Einfluss der NaCl-Konzentration auf die Polyelektrolythülle von Poly(methylmethacrylat)-Poly(styrolsulfonat)-Blockcopolymer-Partikeln untersucht. Die Polyelektrolytketten liegen im hier untersuchten Beispiel nicht gestreckt vor. Als drittes wurde die Verteilung von niedermolekularen Ionen um elektrostatisch stabilisierte Poly(styrol)-Latexpartikel in Wasser untersucht. Hier wurde gezeigt, dass die beobachteten Schichtdicken und Schichtbrechungsindizes viel größer sind, als nach der klassischen Poisson-Boltzmann-Theorie zu erwarten ist. Des Weiteren wurde die Doppelbrechung von unilamellaren Lipidvesikeln bestimmt. Außerdem wurden Messungen der dynamische Lichtstreuung im Intensitätsminimum der Ellipsometrie durchgeführt. Dabei wird ein Prozess mit einer Korrelationszeit, die unabhängig vom Streuvektor, aber abhängig von der verwendeten Wellenlänge ist, sichtbar. Die Natur dieses Prozesses konnte hier nicht vollständig geklärt werden.
N2  - Ellipsometric light scattering is introduced as a new and powerful technique to characterize layers on colloidal particles. For the experiments, the polarization optics used reflection ellipsometry was installed in the beam of a light scattering setup. Using the priciples of null ellipsometry, a small range of scattering angles is obtained, were the method is sensitive to layers on the surface of colloidal particles. This is an analogy to the layer sensitivity of reflection ellipsometry at planer interfaces close to the Brewster angle. The theoretical basis for ellipsometric scattering is the Mie theory with its modern supplements. The feasibility of characterizing layers on colloidal particles was demonstrated with several systems. First, layer thickness and layer refractive index of poly(N-isopropylacrylamide) layers on a poly(methylmethacrylate) core were determined. This was the first time that the refractive index and with that the degree of swelling of a layer was directly determined in an scattering experiment. Second, polyelectrolyte layers on Poly(methylmethacrylate)-Poly(styrenesulfonate)-blockcopolymer particles were characterized. The influence of the salt concentration on the parameters of the layer was determined. The results show that the polyelectrolyte chains in the system investigated are not streched. Third, layers of ions around electrostatically-stabilized poly(styrene) particles were characterized. The layer thickness and layer refractive index in these examples are shown to be much larger than predicted by the classical Poisson-Boltzmann-theory. In addition, the birefringence of lipid vesicles was determined. Another interesting application of the ellipsometric scattering is the dynamic light scattering with ellipsometric optics. Its results show a characteristic process with a correlation time independent of the scattering vector, but wavelength dependent. The origin of this mode is not yet completely clarified.
T2  - Ellipsometrische Lichtstreuung als neue Methode zur Charakterisierung der Grenzfläche von Kolloiden
KW  - Ellipsometrie
KW  - Lichtstreuung
KW  - Grenzfläche
KW  - Kolloide
KW  - Ionenverteilung
KW  - Lipide
KW  - Polyelektrolyte
KW  - ellipsometry
KW  - light scattering
KW  - interface
KW  - colloids
KW  - ion distribution
KW  - lipids
KW  - polyelectrolytes
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001565
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TY  - THES
A1  - Jäger, Norbert
T1  - Molekülmechanische und quantenchemische Berechnung der räumlichen und elektronischen Struktur von Vanadium(IV)- und Oxo-Rhenium(V)-Chelaten dreizähnig diacider Liganden
N2  - In dieser Arbeit wurden die Molekülstrukturen und die elektronischen Eigenschaften von Vanadium(IV)- und Oxo-Rhenium(V)-Chelaten mit einem kombinierten molekülmechanisch-quantenchemischen Ansatz untersucht, um sterische und elektronische Effekte der Komplexierung mit einem theoretischen Modell zu quantifizieren. Es konnte gezeigt werden, daß auf diese Weise detaillierte Aussagen zu den Bindungsverhältnissen der Metallchelate getroffen werden können. Die Berechnung der Molekülstrukturen gelingt mit exzellenter Übereinstimmung mit den Kristallstrukturen der Komplexe. Die molekülmechanischen Berechnungen erfolgen auf der Grundlage des Extensible Systematic Force Field ESFF und des Consistent Force Field 91 (CFF91). Dabei konnte die hohe Flexibilität und Zuverlässigkeit des regelbasierten ESFF für eine Vielzahl verschiedenster Metallchelate nachgewiesen werden. Aufgrund der mangelhaften Ergebnisse für trigonal-prismatische Komplexgeometrien mit dem ESFF wurden eine Anpassung des CFF91 für derartige Vanadiumkomplexe vorgenommen. Auf Grundlage von theoretischen Ergebnissen wurden die alternativen Strukturen von isoelektronischen Vanadiumkomplexen berechnet und in Übereinstimmung mit experimentellen Daten, theoretischen Modellen der Komplexchemie und empirischen Fakten eine Hypothese für die Ursache der strukturellen Differenzen erarbeitet. Der hier vorgestellte, kombinierte Algorithmus aus kraftfeldbasierter Geometrieoptimierung und single-point-Rechnung an diesen Strukturen ist ein zuverlässiger und relativ schneller Weg Molekülgeometrien von Metallkomplexen zu berechnen. Er kann somit zur Voraussagen von Komplexstrukturen und zur gezielten Modellierung definierter Koordinationsgeometrien verwendet werden.
N2  - In this work the molecular structures and the electronic properties of Vanadium(IV)- and Oxo-Rhenium(V)-chelates have been investigated to quantify steric and electronic effects of complexation. It has been shown, that in this way detailed insight can be gained into the bonding conditions of that metal complexes. Molecular mechanic calculations based on the Extensible Systematic Force Field (ESFF) and the Consistent Force Field 91 (CFF91) have been carried out. High flexibility and reliability of the rule based ESFF has been proven for a large variety of different metal chelates. Due to the poor ESFF-results for trigonal-prismatic complex geometries, a fit of the CFF91 for that species was done. Based on the theoretical results the alternative structure of isoelectronical vanadium(IV)- complexes have been calculated and a hypothesis on the reason for the structural differnces have been stated in accordance with experimental results, theoretical models of complex chemistry, and empirical facts. This combined approach of force field based geometry optimization and single point calculation at these structures has been proven to be a reliable and fast way to get molecular structures of metal complexes. It can be used to predict complex structures for modelling destinct coordination geometries.
KW  - Transition metal complexes
KW  - quantum mechanical calculation
KW  - molecular mechanics
KW  - Vanadium(IV)
KW  - Rhenium(V)
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-1546
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