NANOCHEMICAL PATTERNING COMBINING SELECTIVE MOLECULAR ASSEMBLY SYSTEMS AND COLLOIDAL LITHOGRAPHY (NANO-SMAP)
Final Report Abstract
Im Mittelpunkt des Projektes stand die Entwicklung, Darstellung, Charakterisierung sowie Applikation maßgeschneiderter, self-assembly-fähiger Moleküle, die gezielt auf TiO2- und nicht auf SiO2-Oberflächen anbinden. Es wurde eine Reihe neuartiger, endständig funktionalisierter oligo(ethylenglycol)-substituierter Alkylphosphate und -phosphonate konzipiert und erfolgreich synthetisiert. Durch Variation der Anzahl der Ankergruppen, der Alkylspacerlänge, der Anzahl der OEG-Einheiten sowie verschiedener terminaler Funktionalitäten entstanden Moleküle, die zur Ausbildung dicht gepackter, proteinabweisender Strukturen befähigt sind bzw. gezielt ausgewählte Proteine kovalent anbinden können. Dabei haben die Art der Ankergruppe zum Substrat, die Alkylspacerlänge und die Größe der Oligo(ethylenglycol)-Einheit den größten Einfluss auf die Schichtstabilität. Moleküle mit langem Alkylspacer (C17) sowie der Phosphonathaftgruppe bilden homogene, geordnete Schichten, die in Puffersystemen stabil sind. Die entsprechenden Verbindungen mit einem kurzen Alkylspacer (C11) bilden sowohl mit Phosphat- als auch Phosphonathaftgruppen ungeordnete, wenig dicht gepackten SA-Schichten, die nicht in den untersuchten Puffersystemen stabil sind. Bei den Versuchen zur Proteinadsorption auf den modifizierten Substratoberflächen wurde zwischen der Resistenz gegenüber unspezifischer Proteinanlagerung und der spezifischen Anbindung ausgewählter Proteine unterschieden. Für die Untersuchungen der unspezifischen Proteinadsorption wurden verschiedene Einzelproteine mit unterschiedlichen Größen, Ladungen und Strukturen verwendet. Besonders die drei Systeme - P1-C17-EG3-OCH3, P2-C17-EG6-OCH3 und P1-C17-EG3-COOH - zeigten eine sehr gute proteinabweisende Wirkung. Die methoxy-terminierten Schichten konnten dabei im Vergleich zur blanken Substratoberfläche die Proteinadsorption im Bereich von 3-10% reduzieren. Eine weitere Verbesserung der proteinresistenten Wirkung wurde durch die Erhöhung des Ethylenglykolanteils erzielt. Mittels der Templatmethode konnten ebenfalls proteinresistente Oberflächen generiert werden. Die Ankopplung von Hexa(ethylenglycol) (HEG) und hochverzweigtem Polyglycidol (HPG) erfolgte über eine Oberflächenreaktion an die adsorbierte Monoschicht von P1-C17-COOH. Das Templat bildete auf der Substratoberfläche eine homogene, sehr dicht gepackte Schicht, die die proteinabweisende Wirkung zusätzlich verstärkte, wobei die unspezifische Proteinanbindung wurde für P1-C17-COO-HEG wesentlich und für P1-C17-COO-HPG vollständig zurück gedrängt wurde. Eine spezifische Immobilisierung von Poly-L-Lysin konnte an die aktivierte Monoschicht der Verbindung P1-C17-EG3-COOH sowie von Streptavidin an die biotinylierte SA-Schicht von P1-C17-EG3-NH2 ebenfalls über Oberflächenreaktionen erzielt werden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die synthetisierten Verbindungen auf strukturierten Substraten selektiv auf TiO2 adsorbieren. Mittels Fluoreszenzmikroskopie wurde bewiesen, dass auf den modifizierten strukturierten Oberflächen eine unspezifische Proteinadsorption auf den TiO2 Teilstrukturen unterbunden wurde.
Publications
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Carboxy-Terminated Oligo(ethylene glycol)-Alkane Phosphate: Synthesis and Self-Assembly on Titanium Oxide Surfaces. Langmuir 2007, 23, 377
M. Gnauck, E. Jaehne, T. Blaettler, S. Tosatti, M. Textor, H.-J. Adler
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Physical vapour deposition of alkyl phosphonic acids on mica and HOPG investigated by NC_AFM. Nanotechnology 2007, 18, 084003
C. Loppacher, U. Zerweck, D. Koehler, M. Rodenstein, E. Jähne, R. Luther, H.-J. P. Adler, L. M. Eng
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“Proteinabweisende TiO2-Oberflächen durch Oligo(ethylenglycol)-terminierte Alkylphosphonsäuren“, Technische Universität Dresden, Dissertation 10/2009
Rene Luther
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“Substituierte Oligo(ethylenglykol)-Derivate zur Oberflächenmodifizierung“, Technische Universität Dresden, Dissertation 3/2009
Mandy Gnauck
