Coil-ring-coil block copolymers as building blocks of supramolecular hollow cylindrical brushes

This work describes the synthesis of a new class of rod-coil block copolymers, oligosubstituted shape persistent macrocycles, (coil-ring-coil block copolymers), and their behavior in solution and in the solid state.The coil-ring-coil block copolymers are formed by nanometer sized shape persistent macrocycles based on the phenyl-ethynyl backbone as rigid block and oligomers of polystyrene or polydimethylsiloxane as flexible blocks. The strategy that has been followed is to synthesize the macrocycles with an alcoholic functionality and the polymer carboxylic acids independently, and then bind them together by esterification. The ester bond is stable and relatively easy to form.The synthesis of the shape persistent macrocycles is based on two separate steps. In the first step the building blocks of the macrocycles are connected by Hagiara-Sogonaschira coupling to form an 'half-ring' as precursor, that contains two free acetylenes. In the second step the half-ring is cyclized by forming two sp-sp bonds via a copper-catalyzed Glaser coupling under pseudo-high-dilution conditions. The polystyrene carboxylic acid was prepared directly by siphoning the living anionic polymer chain into a THF solution, saturated with CO2, while the polydimethylsiloxane carboxylic acid was obtained by hydrosilylating an unsaturated benzylester with an Si-H terminated polydimethylsiloxane, and cleavage of the ester. The carbodiimide coupling was found to be the best way to connect macrocycles and polymers in high yield and high purity.The polystyrene-ring-polystyrene block copolymers are, depending on the molecular weight of the polystyrene, lyotropic liquid crystals in cyclohexane. The aggregation behavior of the copolymers in solution was investigated in more detail using several technique. As a result it can be concluded that the polystyrene-ring-polystyrene block copolymers can aggregate into hollow cylinder-like objects with an average length of 700 nm by a combination of shape complementary and demixing of rigid and flexible polymer parts. The resulting structure can be described as supramolecular hollow cylindrical brush.If the lyotropic solution of the polystyrene-ring-polystyrene block copolymers are dried, they remain birefringent indicating that the solid state has an ordered structure. The polydimethylsiloxane-ring-polydimethylsiloxane block copolymers are more or less fluid at room temperature, and are all birefringent (termotropic liquid crystals) as well. This is a prove that the copolymers are ordered in the fluid state. By a careful investigation using electron diffraction and wide-angle X-ray scattering, it has been possible to derive a model for the 3D-order of the copolymers. The data indicate a lamella structure for both type of copolymers. The macrocycles are arranged in a layer of columns. These crystalline layers are separated by amorphous layers which contain the polymers substituents.

Functional polymer coatings — My-Patterning and My-Analysis

In dieser Arbeit werden Strukturen beschrieben, die mit Polymeren auf Oberflächen erzeugt wurden. Die Anwendungen reichen von PMMA und PNIPAM Polymerbürsten, über die Restrukturierung von Polystyrol durch Lösemittel bis zu 3D-Strukturen, die aus PAH/ PSS Polyelektrolytmultischichten bestehen. Im ersten Teil werden Polymethylmethacrylat (PMMA) Bürsten in der ionischen Flüssigkeit 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophospat ([Bmim][PF6]) durch kontrollierte radikalische Polymerisation (ATRP) hergestellt. Kinetische Untersuchungen zeigten ein lineares und dichtes Bürstenwachstum mit einer Wachstumsrate von 4600 g/mol pro nm. Die durchschnittliche Pfropfdichte betrug 0.36 µmol/m2. Als Anwendung wurden Mikrotropfen bestehend aus der ionischen Flüssigkeit, Dimethylformamid und dem ATRP-Katalysator benutzt, um in einer definierten Geometrie Polymerbürsten auf Silizium aufzubringen. Auf diese Weise lässt sich eine bis zu 13 nm dicke Beschichtung erzeugen. Dieses Konzept ist durch die Verdampfung des Monomers Methylmethacrylat (MMA) limitiert. Aus einem 1 µl großen Tropfen aus ionischer Flüssigkeit und MMA (1:1) verdampft MMA innerhalb von 100 s. Daher wurde das Monomer sequentiell zugegeben. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Strukturierung von Oberflächen mit Hilfe einer neuen Methode: Tintendruck. Ein piezoelektrisch betriebenes „Drop-on-Demand“ Drucksystem wurde verwendet, um Polystyrol mit 0,4 nl Tropfen aus Toluol zu strukturieren. Die auf diese Art und Weise gebildeten Mikrokrater können Anwendung als Mikrolinsen finden. Die Brennweite der Mikrolinsen kann über die Anzahl an Tropfen, die für die Strukturierung verwendet werden, eingestellt werden. Theoretisch und experimentell wurde die Brennweite im Bereich von 4,5 mm bis 0,21 mm ermittelt. Der zweite Strukturierungsprozess nutzt die Polyelektrolyte Polyvinylamin-Hydrochlorid (PAH) und Polystyrolsulfonat (PSS), um 3D-Strukturen wie z.B. Linien, Schachbretter, Ringe, Stapel mit einer Schicht für Schicht Methode herzustellen. Die Schichtdicke für eine Doppelschicht (DS) liegt im Bereich von 0.6 bis 1.1 nm, wenn NaCl als Elektrolyt mit einer Konzentration von 0,5 mol/l eingesetzt wird. Die Breite der Strukturen beträgt im Mittel 230 µm. Der Prozess wurde erweitert, um Nanomechanische Cantilever Sensoren (NCS) zu beschichten. Auf einem Array bestehend aus acht Cantilevern wurden je zwei Cantilever mit fünf Doppelschichten PAH/ PSS und je zwei Cantilever mit zehn Doppelschichten PAH/ PSS schnell und reproduzierbar beschichtet. Die Massenänderung für die individuellen Cantilever war 0,55 ng für fünf Doppelschichten und 1,08 ng für zehn Doppelschichten. Der daraus resultierende Sensor wurde einer Umgebung mit definierter Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die Cantilever verbiegen sich durch die Ausdehnung der Beschichtung, da Wasser in das Polymer diffundiert. Eine maximale Verbiegung von 442 nm bei 80% Luftfeuchtigkeit wurde für die mit zehn Doppelschichten beschichteten Cantilever gefunden. Dies entspricht einer Wasseraufnahme von 35%. Zusätzlich konnte aus den Verbiegungsdaten geschlossen werden, dass die Elastizität der Polyelektrolytmultischichten zunimmt, wenn das Polymer gequollen ist. Das thermische Verhalten in Wasser wurde im nächsten Teil an nanomechanischen Cantilever Sensoren, die mit Poly(N-isopropylacrylamid)bürsten (PNIPAM) und plasmapolymerisiertem N,N-Diethylacrylamid beschichtet waren, untersucht. Die Verbiegung des Cantilevers zeigte zwei Bereiche: Bei Temperaturen kleiner der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) ist die Verbiegung durch die Dehydration der Polymerschicht dominiert und bei Temperaturen größer der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) reagiert der Cantilever Sensor überwiegend auf Relaxationsprozesse innerhalb der kollabierten Polymerschicht. Es wurde gefunden, dass das Minimum in der differentiellen Verbiegung mit der niedrigsten kritischen Temperatur von 32°C und 44°C der ausgewählten Polymeren übereinstimmt. Im letzten Teil der Arbeit wurden µ-Reflektivitäts- und µ-GISAXS Experimente eingeführt als neue Methoden, um mikrostrukturierte Proben wie NCS oder PEM Linien mit Röntgenstreuung zu untersuchen. Die Dicke von jedem individuell mit PMMA Bürsten beschichtetem NCS ist im Bereich von 32,9 bis 35,2 nm, was mit Hilfe von µ-Reflektivitätsmessungen bestimmt wurde. Dieses Ergebnis kann mit abbildender Ellipsometrie als komplementäre Methode mit einer maximalen Abweichung von 7% bestätigt werden. Als zweites Beispiel wurde eine gedruckte Polyelektrolytmultischicht aus PAH/PSS untersucht. Die Herstellungsprozedur wurde so modifiziert, dass Goldnanopartikel in die Schichtstruktur eingebracht wurden. Durch Auswertung eines µ-GISAXS Experiments konnte der Einbau der Partikel identifiziert werden. Durch eine Anpassung mit einem Unified Fit Modell wurde herausgefunden, dass die Partikel nicht agglomeriert sind und von einer Polymermatrix umgeben sind.

Aggregation of hybrid molecules and film formation of colloidal monolayers

A unique characteristic of soft matter is its ability to self-assemble into larger structures. Characterizing these structures is crucial for their applications. In the first part of this work, I investigated DNA-organic hybrid material by means of Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) and Fluorescence Cross-Correlation Spectroscopy (FCCS). DNA-organic hybrid materials, a novel class of hybrid materials composed of synthetic macromolecules and oligodeoxynucleotide segmenta, are mostly amphiphilic and can self-assemble into supramolecular structures in aqueous solution. A hybrid material of a fluorophore, perylenediimide (PDI), and a DNA segment (DNA-PDI) has been developed in Prof. A. Hermann’s group (University of Groningen). This novel material has the ability to form aggregates through pi-pi stacking between planar PDIs and can be traced in solution due to the fluorescence of PDI. I have determined the diffusion coefficient of DNA-PDI conjugates in aqueous solution by means of FCS. In addition, I investigated whether such DNA-PDIs form aggregates with certain structure, for instance dimers. rnOnce the DNA hybrid material self-assemble into supermolecular structures for instance into micelles, the single molecules do not necessarily stay in one specific micelle. Actually, a single molecule may enter and leave micelles constantly. The average residence time of a single molecule in a certain micelle depends on the nature of the molecule. I have chosen DNA-b-polypropylene oxide (PPO) as model molecules and investigated the residence time of DNA-b-PPO molecules in their according micelles by means of FCCS.rnBesides the DNA hybrid materials, polymeric colloids can also form ordered structures once they are brought to an air/water interface. Here, hexagonally densely packed monolayers can be generated. These monolayers can be deposited onto different surfaces as coating layers. In the second part of this work, I investigated the mechanical properties of such colloidal monolayers using micromechanical cantilevers. When a coating layer is deposited on a cantilever, it can modify the elasticity of the cantilever. This variation can be reflected either by a deflection or by a resonance frequency shift of the cantilever. In turn, detecting these changes provides information about the mechanical properties of the coating layer. rnIn the second part of this work, polymeric colloidal monolayers were coated on a cantilever and homogenous polymer films of a few hundred nanometers in thickness were generated from these colloidal monolayers by thermal annealing or organic vapor annealing. Both the film formation process and the mechanical properties of these resulting homogenous films were investigated by means of cantilever. rnElastic property changes of the coating film, for example upon absorption of organic vapors, induce a deflection of the cantilever. This effect enables a cantilever to detect target molecules, when the cantilever is coated with an active layer with specific affinity to target molecules. In the last part of this thesis, I investigated the applicability of suitably functionalized micromechanical cantilevers as sensors. In particular, glucose sensitive polymer brushes were grafted on a cantilever and the deflection of this cantilever was measured during exposure to glucose solution. rn

Phenothiazine based polymers for energy and data storage application

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von Polymeren mit redox-funktionalen Phenothiazin-Seitenketten. Phenothiazin und seine Derivate sind kleine Redoxeinheiten, deren reversibles Redoxverhalten mit electrochromen Eigenschaften verbunden ist. Das besondere an Phenothiazine ist die Bildung von stabilen Radikalkationen im oxidierten Zustand. Daher können Phenothiazine als bistabile Moleküle agieren und zwischen zwei stabilen Redoxzuständen wechseln. Dieser Schaltprozess geht gleichzeitig mit einer Farbveränderung an her.rnrnIm Rahmen dieser Arbeit wird die Synthese neuartiger Phenothiazin-Polymere mittels radikalischer Polymerisation beschrieben. Phenothiazin-Derivate wurden kovalent an aliphatischen und aromatischen Polymerketten gebunden. Dies erfolgte über zwei unterschiedlichen synthetischen Routen. Die erste Route beinhaltet den Einsatz von Vinyl-Monomeren mit Phenothiazin Funktionalität zur direkten Polymerisation. Die zweite Route verwendet Amin modifizierte Phenothiazin-Derivate zur Funktionalisierung von Polymeren mit Aktivester-Seitenketten in einer polymeranalogen Reaktion. rnrnPolymere mit redox-funktionalen Phenothiazin-Seitenketten sind aufgrund ihrer Elektron-Donor-Eigenschaften geeignete Kandidaten für die Verwendung als Kathodenmaterialien. Zur Überprüfung ihrer Eignung wurden Phenothiazin-Polymere als Elektrodenmaterialien in Lithium-Batteriezellen eingesetzt. Die verwendeten Polymere wiesen gute Kapazitätswerte von circa 50-90 Ah/kg sowie schnelle Aufladezeiten in der Batteriezelle auf. Besonders die Aufladezeiten sind 5-10 mal höher als konventionelle Lithium-Batterien. Im Hinblick auf Anzahl der Lade- und Entladezyklen, erzielten die Polymere gute Werte in den Langzeit-Stabilitätstests. Insgesamt überstehen die Polymere 500 Ladezyklen mit geringen Veränderungen der Anfangswerte bezüglich Ladezeiten und -kapazitäten. Die Langzeit-Stabilität hängt unmittelbar mit der Radikalstabilität zusammen. Eine Stabilisierung der Radikalkationen gelang durch die Verlängerung der Seitenkette am Stickstoffatom des Phenothiazins und der Polymerhauptkette. Eine derartige Alkyl-Substitution erhöht die Radikalstabilität durch verstärkte Wechselwirkung mit dem aromatischen Ring und verbessert somit die Batterieleistung hinsichtlich der Stabilität gegenüber Lade- und Entladezyklen. rnrnDes Weiteren wurde die praktische Anwendung von bistabilen Phenothiazin-Polymeren als Speichermedium für hohe Datendichten untersucht. Dazu wurden dünne Filme des Polymers auf leitfähigen Substraten elektrochemisch oxidiert. Die elektrochemische Oxidation erfolgte mittels Rasterkraftmikroskopie in Kombination mit leitfähigen Mikroskopspitzen. Mittels dieser Technik gelang es, die Oberfläche des Polymers im nanoskaligen Bereich zu oxidieren und somit die lokale Leitfähigkeit zu verändern. Damit konnten unterschiedlich große Muster lithographisch beschrieben und aufgrund der Veränderung ihrer Leitfähigkeit detektiert werden. Der Schreibprozess führte nur zu einer Veränderung der lokalen Leitfähigkeit ohne die topographische Beschaffenheit des Polymerfilms zu beeinflussen. Außerdem erwiesen sich die Muster als besonders stabil sowohl mechanisch als auch über die Zeit.rnrnZum Schluss wurden neue Synthesestrategien entwickelt um mechanisch stabile als auch redox-funktionale Oberflächen zu produzieren. Mit Hilfe der oberflächen-initiierten Atomtransfer-Radikalpolymerisation wurden gepfropfte Polymerbürsten mit redox-funktionalen Phenothiazin-Seitenketten hergestellt und mittels Röntgenmethoden und Rasterkraftmikroskopie analysiert. Eine der Synthesestrategien geht von gepfropften Aktivesterbürsten aus, die anschließend in einem nachfolgenden Schritt mit redox-funktionalen Gruppen modifiziert werden können. Diese Vorgehensweise ist besonders vielversprechend und erlaubt es unterschiedliche funktionelle Gruppen an den Aktivesterbürsten zu verankern. Damit können durch Verwendung von vernetzenden Gruppen neben den Redoxeigenschaften, die mechanische Stabilität solcher Polymerfilme optimiert werden. rn rn

Comparison of three different brushing techniques to isolate and culture primary nasal epithelial cells from human subjects.

PURPOSE Primary nasal epithelial cells are used for diagnostic purposes in clinical routine and have been shown to be good surrogate models for bronchial epithelial cells in studies of airway inflammation and remodeling. We aimed at comparing different instruments allowing isolation of nasal epithelial cells. METHODS Primary airway epithelial cell cultures were established using cells acquired from the inferior surface of the middle turbinate of both nostrils. Three different instruments to isolate nasal cells were used: homemade cytology brush, nasal swab, and curette. Cell count, viability, time until a confluent cell layer was reached, and success rate in establishing cell cultures were evaluated. A standard numeric pain intensity scale was used to assess the acceptability of each instrument. RESULTS Sixty healthy adults (median with interquartile range [IQR] age of 31 [26-37] years) participated in the study. Higher number of cells (×10(5) cells/ml) was obtained using brushes (9.8 [5.9-33.5]) compared to swabs (2.4 [1.5-3.9], p < 0.0001) and curettes (5.5 [4.4-6.9], p < 0.01). Cell viability was similar between groups. Cells obtained by brushes had the fastest growth rate, and the success rate in establishing primary cell cultures was highest with brushes (90% vs. 65% for swabs and 70% for curettes). Pain was highest with curettes (VAS score 4.0 [3.0-5.0] out of 10). The epithelial phenotype of the cultures was confirmed through cytokeratin and E-cadherin staining. CONCLUSIONS All three types of instruments allow collection and growth of human nasal epithelial cells with good acceptability to study participants. The most efficient instrument is the nasal brush.

Polymer Models of Meiotic and Mitotic Chromosomes

Polymers tied together by constraints exhibit an internal pressure; this idea is used to analyze physical properties of the bottle-brush–like chromosomes of meiotic prophase that consist of polymer-like flexible chromatin loops, attached to a central axis. Using a minimal number of experimental parameters, semiquantitative predictions are made for the bending rigidity, radius, and axial tension of such brushes, and the repulsion acting between brushes whose bristles are forced to overlap. The retraction of lampbrush loops when the nascent transcripts are stripped away, the oval shape of diplotene bivalents between chiasmata, and the rigidity of pachytene chromosomes are all manifestations of chromatin pressure. This two-phase (chromatin plus buffer) picture that suffices for meiotic chromosomes has to be supplemented by a third constituent, a chromatin glue to understand mitotic chromosomes, and explain how condensation can drive the resolution of entanglements. This process resembles a thermal annealing in that a parameter (the affinity of the glue for chromatin and/or the affinity of the chromatin for buffer) has to be tuned to achieve optimal results. Mechanical measurements to characterize this protein–chromatin matrix are proposed. Finally, the propensity for even slightly chemically dissimilar polymers to phase separate (cluster like with like) can explain the apparent segregation of the chromatin into A+T- and G+C-rich regions revealed by chromosome banding.

Grafting of functional brushes on the surface of 5-Fluorouracil molecularly imprinted polymer particles through RAFT polymerization

The grafting of functional brushes on the surface of molecularly imprinted polymer (MIP). particles hás been explored in the last few years to synthesize materiais combining high molecular recognition capabilities and stimulation triggered by changes in the surrounding environment [1, 2]. In the present work, MIP particles for 5-fluorouracil (a drug used in câncer treatment) were produced by precipitation polymerization in acetonitrile, using either MAA or HEMA as imprinting fünctional monomers, and m the presence of different kinds of RAFT agents. In a second step, taking advantage of the RAFT groups present in the surface of the particles, different kinds of fiinctional polymer brushes were grafted on the MIPs considering a "grafting from" process in the presence of a RAFT agent.

New brooms sweep clean, a farce ...

Mode of access: Internet.

The pH-induced swelling and collapse of a polybase brush synthesized by atom transfer radical polymerization

We have used neutron reflectometry to characterize the swelling behaviour of brushes of poly[2-(diethyl amino)ethyl methacrylate], a polybase, as a function of pH. The brushes, synthesized by the "grafting from" method of atom transfer radical polymerization, were observed to approximately double their thickness in low pH solutions, although the pK is shifted to a lower pH than in dilute solution. The composition-depth profile obtained from the reflectometry experiments for the swollen brushes reveals a region depleted in polymer between the substrate and the extended part of the brush.

Controlled growth of poly(2-(diethylamino)ethyl methacrylate) brushes via atom transfer radical polymerisation on planar silicon surfaces

Progress in making pH-responsive polyelectrolyte brushes with a range of different grafting densities is reported. Polymer brushes of poly(2-(diethylamino)ethyl methacrylate) were synthesised via atom transfer radical polymerisation on silicon wafers using a 'grafted from' approach. The [11-(2-bromo-2-methyl) propionyloxy]undecyl trichlorosilane initiator was covalently attached to the silicon via silylation, from which the brushes were grown using a catalytic system of copper(I) chloride and pentamethyldiethylenetriamine in tetrahydrofuran at 80°C. X-ray reflectivity was used to assess the initiator surfaces and an upper limit on the grafting density of the polymer was determined. The quality of the brushes produced was analysed using ellipsometry and atomic force microscopy, which is also discussed.

Simulation and experimental analysis of a brushless electrically excited synchronous machine with a hybrid rotor

Electrically excited synchronous machines with brushes and slip rings are popular but hardly used in inflammable and explosive environments. This paper proposes a new brushless electrically excited synchronous motor with a hybrid rotor. It eliminates the use of brushes and slip rings so as to improve the reliability and cost-effectiveness of the traction drive. The proposed motor is characterized with two sets of stator windings with two different pole numbers to provide excitation and drive torque independently. This paper introduces the structure and operating principle of the machine, followed by the analysis of the air-gap magnetic field using the finite-element method. The influence of the excitation winding's pole number on the coupling capability is studied and the operating characteristics of the machine are simulated. These are further examined by the experimental tests on a 16 kW prototype motor. The machine is proved to have good static and dynamic performance, which meets the stringent requirements for traction applications.

The IRS Collection Division: Contacts and Settlements

In his study -The IRS Collection Division: Contacts and Settlements - by John M. Tarras, Assistant Professor School of Hotel, Restaurant and Institutional Management, Michigan State University, Tarras initially states: “The collection division of the internal revenue service is often the point of contact for many hospitality businesses. The author describes how the division operates, what the hospitality firm can expect when contacted by it, and what types of strategies firms might find helpful when negotiating a settlement with the IRS.” The author will have you know that even though most chance meetings with the IRS Collection Division are due to unfortunate tax payment circumstances, there are actually more benign reasons for close encounters of the IRS kind. This does not mean, however, that brushes with the IRS Collection Division will end on an ever friendlier note. “…the Tax Reform Act of 1986 with its added complexity will cause some hospitality firms to inadvertently fail to make proper payments on a timely basis,” Tarras affords in illustrating a perhaps less pugnacious side of IRS relations. Should a hospitality business owner represent himself/herself before the IRS? Never, says Tarras. “Too many taxpayers ruin their chances of a fair settlement by making what to them seem innocent remarks, but ones that turn out to be far different,” warns Professor Tarras. Tarras makes the distinction between IRS the Collection Division, and IRS the Audit Division. “While the Audit Division is interested in how the tax liability arose, the Collection Division is generally only interested in collecting the liability,” he informs you. Either sounds firmly in hostile territory. They don’t bluff. Tarras does want you to know that when the IRS threatens to levy on the assets of a hospitality business, they will do so. Those assets may extend to personal and real property as well, he says. The levy action is generally the final resort in an IRS collection effort. Professor Tarras explains the lien process and the due process attached to that IRS collection tactic. “The IRS can also levy a hospitality firm owner's wages. In this case, it is important to realize that you are allowed to exempt from levy $75 per week, along with $25 per week for each of your dependents (unless your spouse works),” Professor Tarras says with the appropriate citation. What are the options available to the hospitality business owner who finds himself on the wrong side of the IRS Collection Division? Negotiate in good faith says Professor Tarras. “In many cases, a visit to the IRS office will greatly reduce the chances that a simple problem will turn into a major one,” Tarras advises. He dedicates the last pages of the discussion to negotiation strategies.