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Polymeric antimicrobial peptide mimics are a promising alternative for the future management of the daunting problems associated with antimicrobial resistance. However, the development of successful antimicrobial polymers (APs) requires careful control of factors such as amphiphilic balance, molecular weight, dispersity, sequence, and architecture. While most of the earlier developed APs focus on random linear copolymers, the development of APs with advanced architectures proves to be more potent. It is recently developed multivalent bottlebrush APs with improved antibacterial and hemocompatibility profiles, outperforming their linear counterparts. Understanding the rationale behind the outstanding biological activity of these newly developed antimicrobials is vital to further improving their performance. This work investigates the physicochemical properties governing the differences in activity between linear and bottlebrush architectures using various spectroscopic and microscopic techniques. Linear copolymers are more solvated, thermo-responsive, and possess facial amphiphilicity resulting in random aggregations when interacting with liposomes mimicking Escheria coli membranes. The bottlebrush copolymers adopt a more stable secondary conformation in aqueous solution in comparison to linear copolymers, conferring rapid and more specific binding mechanism to membranes. The advantageous physicochemical properties of the bottlebrush topology seem to be a determinant factor in the activity of these promising APs.
Porous polyelectrolyte membranes stable in a highly ionic environment are obtained by covalent crosslinking of an imidazolium-based poly(ionic liquid). The crosslinking reaction involves the UV light-induced thiol-ene (click) chemistry, and the phase separation, occurring during the crosslinking step, generates a fully interconnected porous structure in the membrane. The porosity is on the order of the micrometer scale and the membrane shows a gradient of pore size across the membrane cross-section. The membrane can separate polystyrene latex particles of different size and undergoes actuation in contact with acetone due to the asymmetric porous structure.
In der vorliegenden Arbeit wird die Herstellung und Charakterisierung von Mixed-Matrix-Membranen (MMM) für die Gastrennung thematisiert. Dazu wurden verschiedene Füllstoffe genutzt, um in Verbindung mit dem Membranmaterial Polysulfon MMMs herzustellen. Als Füllstoffe wurden 3 aktive und 2 passive Füllstoffe verwendet. Die aktiven Füllstoffe besaßen Porenöffnungen, die in der Lage sind Gase in Abhängigkeit der Molekülgröße zu trennen. Daraus folgt ein höherer idealer Trennfaktor für bestimmte Gaspaare als in Polysulfon selbst. Aufgrund der durch die Poren gebildeten permanenten Kanäle in den aktiven Füllstoffen ergibt sich ein schnellerer Gastransport (Permeabilität) als in Polysulfon. Es handelte sich bei den aktiven Füllstoffen um den Zeolith SAPO-34 und 2 Chargen eines Zeolitic Imidazolate Framework (ZIF) ZIF-8. Die beiden Chargen ZIF-8 unterschieden sich in ihrer spezifischen Oberfläche, was diesen Einfluss speziell in die Untersuchungen zum Gastransport einbeziehen sollte. Bei den passiven Füllstoffen handelte es sich um ein aminofunktionalisiertes Kieselgel und unporöse (dichte) Glaskügelchen. Das Kieselgel besaß Poren, die zu groß waren, um Gase effektiv zu trennen. Die Glaskügelchen konnten keine Gastrennung ermöglichen, da sie keine Poren besaßen.
Aus der Literatur ist bekannt, dass die Einbettung von Füllstoffen oft zu Defekten in MMMs führt. Ein Ziel dieser Arbeit war es daher die Einbettung zu optimieren. Weiterhin sollte der Gastransport in MMMs dieser Arbeit mit dem in einer unbeladenen Polysulfonmembran verglichen werden. Aufgrund des selektiveren Trennverhaltens der aktiven Füllstoffe im Vergleich zum Membranmaterial, sollte mit der Einbettung aktiver Füllstoffe die Trennleistung der MMMs mit steigender Füllstoffbeladung immer weiter verbessert werden.
Um die Eigenschaften der MMMs zu untersuchen, wurden diese mittels Rasterelektronenmikroskop (REM), Gaspermeationsmessungen (GP) und Thermogravimetrischer Analyse gekoppelt mit Massenspektrometrie (TGA-MS) charakterisiert.
Untersuchungen am REM konnten eine Verbesserung der Einbettung zeigen, wenn ein polymerer Haftvermittler verwendet wurde. Verglichen wurde die optimierte Einbettung mit der Einbettung ohne Haftvermittler und Ergebnissen aus der Literatur, in der die Verwendung verschiedener Silane als Haftvermittler beschrieben wurde. Trotz der verbesserten Einbettung konnte lediglich bei geringen Beladungen an Füllstoff (10 und 20 Ma-% bezogen auf das Membranmaterial) eine geringe Steigerung des idealen Trennfaktors in den MMMs gegenüber der unbeladenen Polysulfonmembranen beobachtet werden. Bei höheren Füllstoffbeladungen (30, 40 und 50 Ma-%) war ein deutlicher Anstieg der Permeabilität bei stark sinkendem idealen Trennfaktor zu beobachten. Mit Hilfe von TGA-MS Messungen konnte darüber hinaus festgestellt werden, dass der verwendete Zeolith SAPO-34 durch Wassermoleküle blockierte Porenöffnungen besaß. Das verhinderte den Gastransport im Füllstoff, wodurch die Trennleistung des Füllstoffes nicht ausgenutzt werden konnte. Die Füllstoffe ZIF-8 (chargenunabhängig) und aminofunktionalisiertes Kieselgel wiesen keine blockierten Poren auf. Dennoch zeigte sich in diesen MMMs keine Verbesserung der Gastrenn- oder Gastransporteigenschaften. MMMs mit dichten Glaskügelchen als Füllstoff zeigten dasselbe Gastrenn- und Gastransportverhalten, wie alle MMMs mit den zuvor genannten Füllstoffen.
In dieser Arbeit konnte, trotz optimierter Einbettung anorganischer Füllstoffe, für MMMs keine Verbesserung der Gastrenn- oder Gastransporteigenschaften nachgewiesen werden. Vielmehr wurde ein Einfluss der Füllstoffmenge auf die Gastransporteigenschaften in MMMs festgestellt. Die Änderungen der MMMs gegenüber Polysulfon stammen von den Folgen der Einbettung von Füllstoffen in das Matrixpolymer. Durch die Einbettung werden die Eigenschaften des Matrixpolymers ändern, sodass auch der Gastransport beeinflusst wird. Des Weiteren wurde dokumentiert, dass in Abhängigkeit der Füllstoffbeladung die entstehende Membranstruktur beeinflusst wird. Die Beeinflussung war dabei unabhängig von der Füllstoffart. Es wurde eine Korrelation zwischen Füllstoffmenge und veränderter Membranstruktur gefunden.
We report a 1,2,3-triazol fluoroionophore for detecting Na+ that shows in vitro enhancement in the Na+-induced fluorescence intensity and decay time. The Na+-selective molecule 1 was incorporated into a hydrogel as a part of a fiber optical sensor. This sensor allows the direct determination of Na+ in the range of 1–10 mM by measuring reversible fluorescence decay time changes.
We report a 1,2,3-triazol fluoroionophore for detecting Na+ that shows in vitro enhancement in the Na+-induced fluorescence intensity and decay time. The Na+-selective molecule 1 was incorporated into a hydrogel as a part of a fiber optical sensor. This sensor allows the direct determination of Na+ in the range of 1–10 mM by measuring reversible fluorescence decay time changes.