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A concentrated solution of a symmetric triblock copolymer with a thermoresponsive poly(methoxy diethylene glycol acrylate) (PMDEGA) middle block and short hydrophobic, fully deuterated polystyrene end blocks is investigated in D2O where it undergoes a lower critical solution temperature-type phase transition at ca. 36 A degrees C. Small-angle neutron scattering (SANS) in a wide temperature range (15-50 A degrees C) is used to characterize the size and inner structure of the micelles as well as the correlation between the micelles and the formation of aggregates by the micelles above the cloud point (CP). A model featuring spherical core-shell micelles, which are correlated by a hard-sphere potential or a sticky hard-sphere potential together with a Guinier form factor describing aggregates formed by the micelles above the CP, fits the SANS curves well in the entire temperature range. The thickness of the thermoresponsive micellar PMDEGA shell as well as the hard-sphere radius increase slightly already below the cloud point. Whereas the thickness of the thermoresponsive micellar shell hardly shrinks when heating through the CP and up to 50 A degrees C, the hard-sphere radius decreases within 3.5 K at the CP. The volume fraction decreases already significantly below the CP, which may be at the origin of the previously observed gel-sol transition far below the CP (Miasnikova et al., Langmuir 28: 4479-4490, 2012). Above the CP, small, and at higher temperatures, large aggregates are formed by the micelles.
Viele klinische Schnelltestsysteme benötigen vorpräparierte oder aufgereinigte Analyte mit frisch hergestellten Lösungen. Fernab standardisierter Laborbedingungen wie z.B. in Entwicklungsländern oder Krisengebieten sind solche Voraussetzungen oft nur unter einem hohen Aufwand herstellbar.
Zusätzlich stellt die erforderliche Sensitivität die Entwicklung einfach zu handhabender Testsysteme vor große Herausforderungen.
Autokatalytische Reaktionen, die sich mit Hilfe sehr geringer Initiatorkonzentrationen auslösen lassen, können hier eine Perspektive für Signalverstärkungsprozesse bieten.
Aus diesem Grund wird im ersten Teil der vorliegenden Arbeit das Verhalten der autokatalytischen Arsenit-Jodat-Reaktion in einem mikrofluidischen Kanal untersucht. Dabei werden insbesondere die diffusiven und konvektiven Einflüsse auf die Reaktionskinetik im Vergleich zu makroskopischen Volumenmengen betrachtet.
Im zweiten Teil werden thermoresponsive Hydrogele mit einem kanalstrukturierten Papiernetzwerk zu einem neuartigen, kapillargetriebenen, extern steuerbaren Mikrofluidik-System kombiniert. Das hier vorgestellte Konzept durch Hydrogele ein papierbasiertes LOC-System zu steuern, ermöglicht zukünftig die Herstellung von komplexeren, steuerbaren Point-Of-Care Testsystemen (POCT). Durch z.B. einen thermischen Stimulus, wird das Lösungsverhalten eines Hydrogels so verändert, dass die gespeicherte Flüssigkeit freigesetzt und durch die Kapillarkraft des Papierkanals ins System transportiert wird. Die Eigenschaften dieses Gelnetzwerks können dabei so eingestellt werden, dass eine Freisetzung von Flüssigkeiten sogar bei Körpertemperatur möglich wäre und damit eine Anwendung gänzlich ohne weitere Hilfsmittel denkbar ist. Für die Anwendung notwendige Chemikalien oder Enzyme lassen sich hierbei bequem in getrocknetem Zustand im Papiersubstrat vorlagern und bei Bedarf in Lösung bringen.
Im abschließenden dritten Teil der Arbeit wird ein durch Hydrogele betriebener, Antikörper-basierter Mikroorganismenschnelltest für Escherichia coli präsentiert. Darüber hinaus wird weiterführend eine einfache Methode zur Funktionalisierung eines Hydrogels mit Biomolekülen über EDC/NHS-Kopplung vorgestellt.