Tailoring molecular weight of the conjugated model polymer MEH-PPV and its structure-property relations

In der vorliegenden Arbeit wurden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen des konjugierten Modell-Polymers MEH-PPV untersucht. Dazu wurde Fällungs-fraktionierung eingesetzt, um MEH-PPV mit unterschiedlichem Molekulargewicht (Mw) zu erhalten, insbesondere MEH-PPV mit niedrigem Mw, da dieses für optische Wellenleiterbauelemente optimal geeignet ist Wir konnten feststellen, dass die Präparation einer ausreichenden Menge von MEH-PPV mit niedrigem Mw und geringer Mw-Verteilung wesentlich von der geeigneten Wahl des Lösungsmittels und der Temperatur während der Zugabe des Fällungsmittels abhängt. Alternativ dazu wurden UV-induzierte Kettenspaltungseffekte untersucht. Wir folgern aus dem Vergleich beider Vorgehensweisen, dass die Fällungsfraktionierung verglichen mit der UV-Behandlung besser geeignet ist zur Herstellung von MEH-PPV mit spezifischem Mw, da das UV-Licht Kettendefekte längs des Polymerrückgrats erzeugt. 1H NMR and FTIR Spektroskopie wurden zur Untersuchung dieser Kettendefekte herangezogen. Wir konnten außerdem beobachten, dass die Wellenlängen der Absorptionsmaxima der MEH-PPV Fraktionen mit der Kettenlänge zunehmen bis die Zahl der Wiederholeinheiten n  110 erreicht ist. Dieser Wert ist signifikant größer als früher berichtet. rnOptische Eigenschaften von MEH-PPV Wellenleitern wurden untersucht und es konnte gezeigt werden, dass sich die optischen Konstanten ausgezeichnet reproduzieren lassen. Wir haben die Einflüsse der Lösungsmittel und Temperatur beim Spincoaten auf Schichtdicke, Oberflächenrauigkeit, Brechungsindex, Doppelbrechung und Wellenleiter-Dämpfungsverlust untersucht. Wir fanden, dass mit der Erhöhung der Siedetemperatur der Lösungsmittel die Schichtdicke und die Rauigkeit kleiner werden, während Brechungsindex, Doppelbrechung sowie Wellenleiter-Dämpfungsverluste zunahmen. Wir schließen daraus, dass hohe Siedetemperaturen der Lösungsmittel niedrige Verdampfungsraten erzeugen, was die Aggregatbildung während des Spincoatings begünstigt. Hingegen bewirkt eine erhöhte Temperatur während der Schichtpräparation eine Erhöhung von Schichtdicke und Rauhigkeit. Jedoch nehmen Brechungsindex und der Doppelbrechung dabei ab.rn Für die Schichtpräparation auf Glassubstraten und Quarzglas-Fasern kam das Dip-Coating Verfahren zum Einsatz. Die Schichtdicke der Filme hängt ab von Konzentration der Lösung, Transfergeschwindigkeit und Immersionszeit. Mit Tauchbeschichtung haben wir Schichten von MEH-PPV auf Flaschen-Mikroresonatoren aufgebracht zur Untersuchung von rein-optischen Schaltprozessen. Dieses Verfahren erweist sich insbesondere für MEH-PPV mit niedrigem Mw als vielversprechend für die rein-optische Signalverarbeitung mit großer Bandbreite.rn Zusätzlich wurde auch die Morphologie dünner Schichten aus anderen PPV-Derivaten mit Hilfe von FTIR Spektroskopie untersucht. Wir konnten herausfinden, dass der Alkyl-Substitutionsgrad einen starken Einfluss auf die mittlere Orientierung der Polymerrückgrate in dünnen Filmen hat.rn

Towards antibody-mediated targeting of dendritic cells for cancer immunotherapy with multivalent polymer-antigen conjugates

Der Fokus dieser Arbeit lag auf der definierten Synthese multifunktioneller Polymer-Konjugate zur Anwendung in der Krebs-Immunotherapie. Durch gezielte Variation der Kon-jugationsbedingungen wurde Zusammensetzung, Größe und Aggregationsverhalten in Zell-medium sowie in humanem Serum untersucht. Nach definierter physikalisch-chemischer Charakterisierung wurde dann die induzierte Antigen-Präsentation zur Aktivierung der T-Zellproliferation analysiert.rnDafür wurden zwei verschiedene polymere Carrier-Systeme gewählt, lineares Poly-L-lysin und eine Polylysinbürste (PLL-Bürste). Es wird vermutet, dass die PLL-Bürste aufgrund der anisotropen Form eine bessere Verteilung im Körper und eine verlängerte Zirkulationsdauer zeigen wird. Die zu konjugierenden biologisch aktiven Komponenten waren der antiDEC205-Antikörper (aDEC205) für die gezielte Adressierung CD8-positiver dendritischer Zellen (DC), ein Ovalbumin (OVA)-spezifisches Antigen mit der Kernsequenz SIINFEKL für die Spezifität der Immunantwort gegen Krebszellen, die dieses Antigen tragen, und ein immunaktivieren-der TLR9-Ligand, CpG1826. Die Effizienz dieses Konjugates dendritische Zellen zu aktivieren, welche wiederum eine Immunantwort gegen OVA-exprimierende Krebszellen induzieren, wurde durch die Konjugation aller Komponenten am identischen Trägermolekül deutlich höher erwartet.rnLineares Poly-L-lysin diente als Modellsystem um die Konjugationschemie zu etablieren und dann auf die zylindrische Polylysinbürste zu übertragen. Anhand dieser polymeren Träger wurde das Verhalten der verschiedenen Topologien des Knäuels und der Bürste im Hinblick auf den Einfluss struktureller Unterschiede sowohl auf Konjugationsreaktionen als auch auf das in situ und in vitro Verhalten untersucht.rnFluoreszenzmarkiertes Antigen und der CpG Aktivator konnten jeweils aufgrund einer Thiol-Modifizierung an die Thiol-reaktive Maleimidgruppe des heterobifunktionellen Linkers Sulfo-SMCC an PLL-AlexaFluor48 konjugiert werden. Anschließend wurde aDEC205-AlexaFluor647 an PLL gekoppelt, entweder durch Schiff Base-Reaktion des oxidierten Antikörpers mit PLL und anschließender Reduzierung oder durch Click-Reaktion des PEG-Azids modifizierten An-tikörpers mit Dicyclobenzylcyclooctin (DIBO)-funktionalisiertem PLL. Die Konjugation der biologisch aktiven Komponenten wurde mit Durchflusszytometrie (FACS) und konfokaler Laser Scanning Mikroskopie (CLSM) untersucht und die Zusammensetzung des Konjugatesrnmittels UV/Vis-Spektroskopie bestimmt. Die PLL-Bürste alleine zeigte eine hohe Zytotoxizität bei HeLa und JAWS II Zelllinien, wohingegen lineares PLL und PLL-Konjugate sowie die PLL Bürsten-Konjugate keine ausgeprägte Zytotoxizität aufwiesen. Die Polymer-Konjugate wie-sen keine Aggregation in Zellmedium oder humanem Serum auf, was mittels winkelabhängi-ger dynamischer Lichtstreuung bestimmt wurde. CLSM Aufnahmen zeigten Kolokalisation der an die einzelnen Komponenten gebundenen Fluoreszenzfarbstoffe in dendritischen Zel-len, was die erfolgreiche Konjugation und Internalisierung der Konjugate in die Zellen bele-gen konnte. FACS Messungen ergaben eine geringfügig erhöhte Aufnahme des adressierten PLL-Antigen-Antikörper-Konjugates verglichen mit dem PLL-Antigen-Konjugat. Experimente mit dem „Specific Hybridization Internalization Sensor“ (SHIP) zeigten jedoch nur Aufnahme der PLL-Konjugate in CD8+ unreife DC, nicht in reife DC, die nicht mehr unspezifisch, sondern nur noch über Rezeptoren internalisieren. Dies bewies die unspezifische Aufnahme des Kon-jugates, da Antikörper-Konjugation keine Rezeptor-vermittelte Endozytose in reife DC indu-zieren konnte. T-Zell-Proliferationsassays ergaben eine Aktivierung von CD8+ T-Zellen indu-ziert durch Antigen-tragende Konjugate, wohingegen Konjugate ohne Antigen als Negativ-kontrollen dienten und keine T-Zell-Proliferation erzielten. Es konnte jedoch kein Unter-schied zwischen adressierten und nicht adressierten Konjugaten aufgrund der unspezifischen Aufnahme durch das Polymer beobachtet werden. Lösliches SIINFEKL alleine bewirkte schon bei geringeren Konzentrationen eine T-Zell-Proliferation.rnEs war somit möglich, drei biologischen Komponenten an einen polymeren Träger zu konju-gieren und diese Konjugate im Hinblick auf Zusammensetzung, Größe, Internalisierung in dendritische Zellen und Aktivierung der T-Zell-Proliferation zu untersuchen. Außerdem wur-de die Konjugationschemie erfolgreich von dem Modellsystem des linearen PLL auf die PLL-Bürste übertragen. Die Polymer-Konjugate werde unspezifisch in DC aufgenommen und in-duzieren T-Zellproliferation, die mit Antigen-Präsentationsassays nachgewiesen wird. Es konnte jedoch durch Konjugation des Antikörpers keine Rezeptor-vermittelte Aufnahme in CD8+ DC erzielt werden.rnDiese Studien stellen einen erfolgsversprechenden ersten Schritt zur Entwicklung neuer Na-nomaterialien für die Anwendung in Krebs-Immuntherapie dar.

Lead sulfide nanocrystal: conducting polymer solar cells

In this paper, we report photovoltaic devices fabricated from lead sulfide nanocrystals and the conducting polymer poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-p-phenylene vinylene). This composite material was produced via a new single-pot synthesis which solves many of the issues associated with existing methods. Our devices have white light power conversion efficiencies under AM 1.5 illumination of 0.7% and single wavelength conversion efficiencies of 1.1%. Additionally, they exhibit remarkably good ideality factors (n = 1.15). Our measurements show that these composites have significant potential as soft optoelectronic materials.

Investigating polymer-peptide conjugates and electrospinning for the production of advanced materials

This thesis describes the production of advanced materials comprising a wide array of polymer-based building blocks. These materials include bio-hybrid polymer-peptide conjugates, based on phenylalanine and poly(ethylene oxide), and polymers with intrinsic microporosity (PIMs). Polymer-peptides conjugates were previously synthesised using click chemistry. Due to the inherent disadvantages of the reported synthesis, a new, simpler, inexpensive protocol was sought. Three synthetic methods based on amidation chemistry were investigated for both oligopeptide and polymerpeptide coupling. The resulting conjugates produced were then assessed by various analytical techniques, and the new synthesis was compared with the established protocol. An investigation was also carried out focussing on polymer-peptide coupling via ester chemistry, involving deprotection of the carboxyl terminus of the peptide. Polymer-peptide conjugates were also assessed for their propensity to self-assemble into thixotropic gels in an array of solvent mixtures. Determination of the rules governing this particular self-assembly (gelation) was required. Initial work suggested that at least four phenylalanine peptide units were necessary for self-assembly, due to favourable hydrogen bond interactions. Quantitative analysis was carried out using three analytical techniques (namely rheology, FTIR, and confocal microscopy) to probe the microstructure of the material and provided further information on the conditions for self-assembly. Several polymers were electrospun in order to produce nanofibres. These included novel materials such as PIMs and the aforementioned bio-hybrid conjugates. An investigation of the parameters governing successful fibre production was carried out for PIMs, polymer-peptide conjugates, and for nanoparticle cages coupled to a polymer scaffold. SEM analysis was carried out on all material produced during these electrospinning experiments.

Polymer nanocomposites based on P3OT, TPU and SWNT: preparation and characterization

Single walled carbon nanotubes (SWNTs) were incorporated in polymer nanocomposites based on poly(3-octylthiophene) (P3OT), thermoplastic polyurethane (TPU) or a blend of them. Thermogravimetry demonstrated the success of the purification procedure employed in the chemical treatment of SWNTs prior to composite preparation. Stable dispersions of SWNTs in chloroform were obtained by non-covalent interactions with the dissolved polymers. Composites exhibited glass transitions, melting temperatures and heat of fusion which changed in relation to pure polymers. This behavior is discussed as associated to interactions between nanotubes and polymers. The conductivity at room temperature of the blend (TPU-P3OT) with SWNT is higher than the P3OT/SWNT composite.

Review of strengthening techniques using externally bonded fiber reinforced polymer composites

This report reviews the selection, design, and installation of fiber reinforced polymer systems for strengthening of reinforced concrete or pre-stressed concrete bridges and other structures. The report is prepared based on the knowledge gained from worldwide experimental research, analytical work, and field applications of FRP systems used to strengthen concrete structures. Information on material properties, design and installation methods of FRP systems used as external reinforcement are presented. This information can be used to select an FRP system for increasing the strength and stiffness of reinforced concrete beams or the ductility of columns, and other applications. Based on the available research, the design considerations and concepts are covered in this report. In the next stage of the project, these will be further developed as design tools. It is important to note, however, that the design concepts proposed in literature have not in many cases been thoroughly developed and proven. Therefore, a considerable amount of research work will be required prior to development of the design concepts into practical design tools, which is a major goal of the current research project. The durability and long-term performance of FRP materials has been the subject of much research, which still are on going. Long-term field data are not currently available, and it is still difficult to accurately predict the life of FRP strengthening systems. The report briefly addresses environmental degradation and long-term durability issues as well. A general overview of using FRP bars as primary reinforcement of concrete structures is presented in Chapter 8. In Chapter 9, a summary of strengthening techniques identified as part of this initial stage of the research project and the issues which require careful consideration prior to practical implementation of these identified techniques are presented.

User friendly guide for rehabilitation or strengthening of bridge structures using fiber reinforced polymer composites

A worldwide interest is being generated in the use of fibre reinforced polymer composites (FRP) in rehabilitation of reinforced concrete structures. As a replacement for the traditional steel plates or external post-tensioning in strengthening applications, various types of FRP plates, with their high strength to weight ratio and good resistance to corrosion, represent a class of ideal material in external retrofitting. Within the last ten years, many design guidelines have been published to provide guidance for the selection, design and installation of FRP systems for external strengthening of concrete structures. Use of these guidelines requires understanding of a number of issues pertaining to different properties and structural failure modes specific to these materials. A research initiative funded by the CRC for Construction Innovation was undertaken (primarily at RMIT) to develop a decision support tool and a user friendly guide for use of fibre reinforced polymer composites in rehabilitation of concrete structures. The user guidelines presented in this report were developed after industry consultation and a comprehensive review of the state of the art technology. The scope of the guide was mainly developed based on outcomes of two workshops with Queensland Department of Main Roads (QDMR). The document covers material properties, recommended construction requirements, design philosophy, flexural, shear and torsional strengthening of beams and strengthening of columns. In developing this document, the guidelines published on FIB Bulletin 14 (2002), Task group 9.3, International Federation of Structural Concrete (FIB) and American Concrete Institute Committee 440 report (2002) were consulted in conjunction with provisions of the Austroads Bridge design code (1992) and Australian Concrete Structures code AS3600 (2002). In conclusion, the user guide presents design examples covering typical strengthening scenarios.

Decision support in using fibre reinforced polymer (FRP) composites in rehabilitation of concrete bridge structures

This paper compares and reviews the recommendations and contents of the guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures reported by ACI committee 440 and technical report of Externally bonded FRP reinforcement for RC structures (FIB 14) in application of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites in strengthening of an aging reinforced concrete headstock. The paper also discusses the background, limitations, strengthening for flexure and shear, and other related issues in use of FRP for strengthening of a typical reinforced concrete headstock structure such as durability, de-bonding, strengthening limits, fire and environmental conditions. A case study of strengthening of a bridge headstock using FRP composites is presented as a worked example in order to illustrate and compare the differences between these two design guidelines when used in conjunction with the philosophy of the Austroads (1992) bridge design code.

Vibrational spectroscopic studies of laboratory scale polymer melt processing : application to a thermoplastic polyurethane nanocomposite

A laboratory scale twin screw extruder has been interfaced with a near infrared (NIR) spectrometer via a fibre optic link so that NIR spectra can be collected continuously during the small scale experimental melt state processing of polymeric materials. This system can be used to investigate melt state processes such as reactive extrusion, in real time, in order to explore the kinetics and mechanism of the reaction. A further advantage of the system is that it has the capability to measure apparent viscosity simultaneously which gives important additional information about molecular weight changes and polymer degradation during processing. The system was used to study the melt processing of a nanocomposite consisting of a thermoplastic polyurethane and an organically modified layered silicate.