Synthese und Charakterisierung von Nanohydrogelschichten auf Polymeroberflächen

Die vorliegende Arbeit zeigt einen Weg auf, mit dem auf Basis von Additions- und Kondensationsreaktionen dünne (10 - 100 nm) Polyethylenglykol-Schichten auf Polymeroberflächen hergestellt werden können. Dazu wurden O,O'-Bis-(2-Aminoethyl)oligoethylenglykole mit einem trifunktionellen Epoxid oder Säurechloriden auf der Oberfläche zur Reaktion gebracht. Durch die Reaktionsführung und die eingesetzten Ausgangsstoffe lässt sich die Dicke, die Maschenweite, die Art und die Konzentration der funktionellen Gruppen variieren. So wurden Netzwerke mit COOH, NH2- und OH-Gruppen hergestellt. Durch Zusatz eines dritten Ausgangsstoffes wurden weitere Gestaltungsmöglichkeiten für die Funktionalisierung eröffnet. Somit konnte die Konzentrationen von COOH-Gruppen erhöht oder Biotin in das Netzwerk integriert werden. Die Netzwerke quellen in Wasser zu einer dünnen Gelschicht, die insbesondere für biologische Anwendungen interessant sein kann. Die Netzwerke können beispielsweise als Beschichtung eines Mikroarrays nützlich sein, welche für die medizinische Diagnostik von Bedeutung sind. In üblichen Mikroarrays werden die Moleküle in der Fläche gebunden, wobei sich ihre räumliche Struktur und damit ihre ursprüngliche biologische Funktion verändern kann. Damit Proteine in das Netzwerk diffundieren können, muss die Maschenweite auf eine ausreichende Größe eingestellt werden. Es kann gezeigt werden, dass Netzwerke auf der Oberfläche mit einer Maschenweite von mehr als 20 nm hergestellt wurden. Zur Demonstration der hohen Aufnahmekapazität der Netzwerke wird das Protein Streptavidin in sechsmal höherer Konzentration an Biotin gebunden, als es auf einer 2D-Oberfläche möglich ist. Auf Grund der niedrigen Konzentration der funktionellen Gruppen im Bereich von pmol cm-2 ist eine Mehrfachreaktion mit den Proteinen unwahrscheinlich. Die Analytik von Netzwerken auf Oberflächen stellt eine besondere Herausforderung dar. Diese konnte unter anderem mit Röntgen-photoelektronenspektroskopie (XPS) in Kombination mit chemischer Derivatisierung realisiert werden. Es wird gezeigt, wie sich mit diesem Ansatz die Abstände zwischen zwei Verzweigungen in dem Netzwerk bestimmen lassen. Zur Ermittlung der Konzentration der funktionellen Gruppen im Netzwerk wird die Fluoreszenzspektroskopie eingesetzt. Es wird versucht eine Einheit zwischen Synthese, Analytik und Technologie herzustellen.