Strukturuntersuchungen von bioinspiriert Polydopamine (PDA) Oberflächen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Guoguang Sun
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282219439

Polydopamine hat sich in den letzten Jahren als ein leicht zugängliches synthetisches Analogon des natürlich vorkommenden Melanins herausgestellt. Jedoch ist die Struktur des Polymers unter verschiedenen Synthesebedingungen trotz der verschiedenen vorgeschlagenen Modelle noch nicht verstanden. Die Struktur des Moleküls aber spielt eine zentrale Rolle bei der Adsorption von Molekülen, um die vielseitige Funktionalität einer Schicht zu gewährleisten, z.B. optische Absorption und Fluoreszenz, Hafteigenschaften, Biokompatibilität oder biologischer Abbau usw.. Im Detail wird in dem Projekt an der In-situ-Analyse des Polymerisationsprozesses gearbeitet, um die Struktur der Polydopamineschicht auf Gold, Silizium und SiO2-Oberflächen aufzuklären ebenso wie den Adsorptionsmechanismus von Biomolekülen auf PDA-terminier Oberflächen.Die Polymerisation wird in Abhängigkeit von verschiedenen elektrochemischen und Autoxidationsparametern, z.B. Potential, pH-Wert der Lösung, der Konzentration des Monomers und der Temperatur untersucht. Das Wachstum und die strukturellen Eigenschaften der Polydopaminschichten werden in-situ mit Hilfe eines Multi-Methoden-Ansatzes, der optische Spektroskopie [IR-spektroskopische Ellipsometrie (IRSE), Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS)] und elektrochemischen Methoden und Quarzmikrowaagen (QCM)-Messungen verbindet.Die in-situ Charakterisierung wird ergänzt durch ex-situ Messungen mit Raman-Spektroskopie, UV-Vis Ellipsometry, Rasterkraftmikroskopie (AFM), IR Synchrotron-Mapping-Ellipsometrie, IR-Mikroskopie, Kontaktwinkelmessungen und Photoelektronenspektroskopie (XPS).Die strukturellen und chemischen Eigenschaften der hergestellten Oberflächen sind von hoher Relevanz für die Ad- und Desorption von Biomolekülen und mögliche Biosensoranwendungen. Es ist geplant, die Struktur der durch elektrochemische Deposition oder Autooxidation hergestellten PDA-Schicht aufzuklären, genauso wie die molekulare Struktur nach der Anbindung der Biomoleküle.Im Detail fokussiert sich das Projekt auf folgende Punkte:1) Aufklärung der molekularen Struktur unter verschiedenen Polymerisationsbedingungen und dem Vergleich der Ergebnisse mit theoretischen Ergebnissen.2) Aufklärung der PDA-Struktur nach der Anbindung von spezifischen Peptiden unter Benutzung der Michael Addition (mit Thiol Gruppen)/ Schiffsche Base (mit Amin-Gruppen) Reaktionen.3) Das Verständnis von Wechselwirkungen (oder Adsorption und Desorption) zwischen der PDA-Schicht und den Biomolekülen soll erlangt werden. Letztendlich soll die Biomolekülfunktionalisierte Oberfläche für die Identifikation von spezifischen Antikörpern benutzt werden. Während des ganzen Prozesses sollen die chemische Bindung und strukturelle Veränderungen in dem Polymer- Biomolekülsystem durch die oben geannten in-situ und ex-situ Methoden erforscht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen