Wasseradsorption und -desorption auf chemisch passiven, proteinabweisenden Oberflächen

• Antragsteller: Dr. Alexei Nefedov; Professor Dr. Michael Zharnikov
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254232823

Das Hauptziel des Projektes ist ein besseres Verständnis des Mechanismus hinter den proteinabweisenden Eigenschaften der aus Poly- und Oligoethylenglykol bestehenden organischen Oberflächen (PEG and OEG, entsprechend). Unter der momentan meist akzeptierten Annahme, dass die Hydration der PEG/OEG Einheiten dabei die Hauptrolle spielt, planen wir sowohl eine systematische Studie der Kinetik und Thermodynamik der Wasseradsorption und -desorption auf einer Serie der Modell-OEG-Oberflächen als auch eine Untersuchung der Benetzungs- und Keimbildungsverhalten von Wasser während der Adsorption. Als geeignete Modelloberflächen werden wir eine Reihe der selbstaggregierenden Monolagen (SAMs) von OEG-substituierten Alkanthiolen (OEG-AT) auf Gold- und Silbersubstraten verwenden. Die proteinabweisenden Eigenschaften dieser Monolagen werden auf eine kontrollierte Art und Weise geändert, entweder durch die Variation der Länge der OEG-Einheiten oder durch die Änderung ihrer Packungsdichte und Mischung mit anderen Molekülen. Diese Änderungen werden so durchgeführt, dass die Benetzungseigenschaften der Oberflächen so gut wie unverändert bleiben, was uns erlauben soll, zwischen der Hydration des OEG-Bereichs und der nachfolgenden Benetzung der OEG-Umgebungsgrenzfläche zu unterscheiden. Darüber hinaus wird die Endgruppe der OEG-AT SAMs variiert, um die Hydration und Benetzung besser zu trennen. Parallel wird das Keimbildungsverhalten des Wassers untersucht, insbesondere bei den früheren Stadien der Adsorption, bei denen die Hydration die Hauptrolle spielen soll, weil die Adsorption von Wasser zuerst in der Form der Hydration stattfinden soll, wonach ein Eisfilm sich auf der OEG-Umgebungsgrenzfläche bildet (Benetzungsphase). Durch die Variation der Wasserbedeckung und systematische Variation des Ausmaßes der Hydration durch gezielte Gestaltung der OEG-AT Moleküle und der daraus präparierten SAMs sollen wir in der Lage sein, zwischen der Hydration- und Benetzungsphase zu unterscheiden und die charakteristischen Parameter dieser Phasen zu ermitteln (bzw. den Übergang von Hydration- zu Benetzungsverhalten zu verfolgen). Das beobachtete Verhalten und die ermittelten kinetischen und thermodynamischen Parameter (und auch das Ausmaß der Hydration, usw.) werden mit den proteinabweisenden Eigenschaften der OEG-AT SAMs korreliert. Schließlich werden mit Hilfe der spektroskopischen Methoden Informationen über die Bindungskonfiguration von Wasser in der Hydrationsphase und seine Struktur und Morphologie in der Benetzungsphase ermittelt. Es ist auch geplant, Änderungen in der Struktur und Konformation der OEG-Einheiten während der Anfangsstadien der Wasseradsorption zu verfolgen. Die experimentellen Ergebnisse und die ermittelten Parameter werden mit den Vorhersagen der vorhandenen theoretischen Simulationen und Berechnungen verglichen, um zum einen die Richtigkeit der theoretischen Beschreibungen zu prüfen und zum anderen eine weitere Entwicklung der Theorie zu fördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen