Large-pore mesoporous SBA-15 silica particles with submicrometer size as stationary phases for high-speed CEC separation

A new mesoporous sphere-like SBA-15 silica was synthesized and evaluated in terms of its suitability as stationary phases for CEC. The unique and attractive properties of the silica particle are its submicrometer particle size of 400 nm and highly ordered cylindrical mesopores with uniform pore size of 12 nm running along the same direction. The bare silica particles with submicrometer size have been successfully employed for the normal-phase electrochromatographic separation of polar compounds with high efficiency (e.g., 210 000 for thiourea), which is matched well with its submicrometer particle size. The Van Deemeter plot showed the hindrance to mass transfer because of the existence of pore structure. The lowest plate height of 2.0 mu m was obtained at the linear velocity of 1.1 mm/s. On the other hand, because of the relatively high linear velocity (e.g., 4.0 mm/s) can be generated, high-speed separation of neutral compounds, anilines, and basic pharmaceuticals in CEC with C-18-modified SBA-15 silica as stationary phases was achieved within 36, 60, and 34 s, respectively.

Silica polymer bonding of stressed silica grains: An early growth of intergranular tensile strength

© 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.Laboratory tests on microscale are reported in which millimeter-sized amorphous silica cubes were kept highly compressed in a liquid environment of de-ionized water solutions with different silica ion concentrations for up to four weeks. Such an arrangement simulates an early evolution of bonds between two sand grains stressed in situ. In-house designed Grain Indenter-Puller apparatus allowed measuring strength of such contacts after 3-4 weeks. Observations reported for the first time confirm a long-existing hypothesis that a stressed contact with microcracks generates silica polymers, forming a bonding structure between the grains on a timescale in the order of a few weeks. Such structure exhibits intergranular tensile force at failure of 1-1.5 mN when aged in solutions containing silica ion concentrations of 200-to 500-ppm. The magnitude of such intergranular force is 2-3 times greater than that of water capillary force between the same grains.

A kinetic study of the liquid-phase hydrogenation of citral on Au/TiO2 and Pt-Sn/TiO2 thin films in capillary microreactors

The kinetics of the liquid-phase hydrogenation of citral (3,7-dimethyl-2,6-octadienal) on Au/TiO2 and Pt-Sn/TiO2 thin films was studied in the temperature range 313-353 K and citral concentrations of 0.25-10.0 mol m(-3). The thin films were deposited onto the inner walls of silica capillaries with internal diameter of 250 mu m. First-order dependence on hydrogen pressure and near zero order dependence on citral concentration were observed for the initial rate of citral hydrogenation over the Pt-Sn/TiO2 and Au/TiO2 thin films. The Au/TiO2 catalyst prevents citronellal formation. The highest yield of unsaturated alcohols was obtained on the Pt-Sn/TiO2 film at a reaction temperature of 343 K, liquid residence time of 30 min and a citral conversion of 99%. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Determination of the Tolman length in the improved Derjaguin-Broekhoff-de Boer theory for capillary condensation of ethanol in mesoporous thin films by ellipsometric porosimetry

Ethanol adsorption-desorption isotherms on well-organized mesoporous silica and titania films with hexagonal pores structure were studied by ellipsometric porosimetry. The mesopore volume Was calculated from the change of the effective refractive index at the end points of the isotherm. An improved Derjaguin-Broekhoff-de Boer (IDBdB) model for cylindrical pores is proposed for the determination of the pore size. In this model, the disjoining pressure isotherms were obtained by measuring the thickness of the ethanol film on a non-porous film with the same chemical composition. This approach eliminates uncertainties related to the application of the statistical film thickness determined via t-plots in previous versions of the DBdB model. The deviation in the surface tension of ethanol in the mesopores from that of a flat interface was described by the Tolman parameter in the Gibbs-Tolman-Koening-Buff equation. A positive value of the Tolman parameter of 0.2 nm was found from the fitting of the desorption branch of the isotherms to the experimental data obtained by Low Angle X-ray Diffraction (LA-XRD) and Transmission Electron Microscopy (TEM) measurements in the range of pore diameters between 2.1 and 8.3 nm. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Investigations into the extraction and the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from water by solid-phase extraction and capillary gas chromatography/ mass spectrometry

Factors affecting the detennination of PAHs by capillary GC/MS were studied. The effect of the initial column temperature and the injection solvent on the peak areas and heights of sixteen PAHs, considered as priority pollutants, USillg crosslinked methyl silicone (DB!) and 5% diphenyl, 94% dimethyl, 1% vinyl polysiloxane (DBS) columns was examined. The possibility of using high boiling point alcohols especially butanol, pentanol, cyclopentanol, and hexanol as injection solvents was investigated. Studies were carried out to optimize the initial column temperature for each of the alcohols. It was found that the optimum initial column temperature is dependent on the solvent employed. The peak areas and heights of the PAHs are enhanced when the initial column temperature is 10-20 c above the boiling point of the solvent using DB5 column, and the same or 10 C above the boiling point of the solvent using DB1 column. Comparing the peak signals of the PAHs using the alcohols, p-xylene, n-octane, and nonane as injection solvents, hexanol gave the greatest peak areas and heights of the PAHs particularly the late-eluted peaks. The detection limits were at low pg levels, ranging from 6.0 pg for fluorene t9 83.6 pg for benzo(a)pyrene. The effect of the initial column temperature on the peak shape and the separation efficiency of the PARs was also studied using DB1 and DB5 columns. Fronting or splitting of the peaks was obseIVed at very low initial column temperature. When high initial column temperature was used, tailing of the peaks appeared. Great difference between DB! and.DB5 columns in the range of the initial column temperature in which symmetrical.peaks of PAHs can be obtained is observed. Wider ranges were shown using DB5 column. Resolution of the closely-eluted PAHs was also affected by the initial column temperature depending on the stationary phase employed. In the case of DB5, only the earlyeluted PAHs were affected; whereas, with DB1, all PAHs were affected. An analytical procedure utilizing solid phase extraction with bonded phase silica (C8) cartridges combined with GC/MS was developed to analyze PAHs in water as an alternative method to those based on the extraction with organic solvent. This simple procedure involved passing a 50 ml of spiked water sample through C8 bonded phase silica cartridges at 10 ml/min, dried by passing a gentle flow of nitrogen at 20 ml/min for 30 sec, and eluting the trapped PAHs with 500 Jll of p-xylene at 0.3 ml/min. The recoveries of PAHs were greater than 80%, with less than 10% relative standard deviations of nine determinations. No major contaminants were present that could interfere with the recognition of PAHs. It was also found that these bonded phase silica cartridges can be re-used for the extraction of PAHs from water.

Versatile microanalytical system with porous polypropylene capillary membrane for calibration gas generation and trace gaseous pollutants sampling applied to the analysis of formaldehyde, formic acid, acetic acid and ammonia in outdoor air

The analytical determination of atmospheric pollutants still presents challenges due to the low-level concentrations (frequently in the mu g m(-3) range) and their variations with sampling site and time In this work a capillary membrane diffusion scrubber (CMDS) was scaled down to match with capillary electrophoresis (CE) a quick separation technique that requires nothing more than some nanoliters of sample and when combined with capacitively coupled contactless conductometric detection (C(4)D) is particularly favorable for ionic species that do not absorb in the UV-vis region like the target analytes formaldehyde formic acid acetic acid and ammonium The CMDS was coaxially assembled inside a PTFE tube and fed with acceptor phase (deionized water for species with a high Henry s constant such as formaldehyde and carboxylic acids or acidic solution for ammonia sampling with equilibrium displacement to the non-volatile ammonium ion) at a low flow rate (8 3 nLs(-1)) while the sample was aspirated through the annular gap of the concentric tubes at 25 mLs(-1) A second unit in all similar to the CMDS was operated as a capillary membrane diffusion emitter (CMDE) generating a gas flow with know concentrations of ammonia for the evaluation of the CMDS The fluids of the system were driven with inexpensive aquarium air pumps and the collected samples were stored in vials cooled by a Peltier element Complete protocols were developed for the analysis in air of NH(3) CH(3)COOH HCOOH and with a derivatization setup CH(2)O by associating the CMDS collection with the determination by CE-C(4)D The ammonia concentrations obtained by electrophoresis were checked against the reference spectrophotometric method based on Berthelot s reaction Sensitivity enhancements of this reference method were achieved by using a modified Berthelot reaction solenoid micro-pumps for liquid propulsion and a long optical path cell based on a liquid core waveguide (LCW) All techniques and methods of this work are in line with the green analytical chemistry trends (C) 2010 Elsevier B V All rights reserved

Fully electrochemical hyphenated flow system for preconcentration, cleanup, stripping, capillary electrophoresis with stacking and contactless conductivity detection of trace heavy metals

Successful coupling of electrochemical preconcentration (EPC) to capillary electrophoresis (CE) with contactless conductivity detection (C(4)D) is reported for the first time. The EPC-CE interface comprises a dual glassy carbon electrode (GCE) block, a spacer and an upper block with flow inlet and outlet, pseudo-reference electrode and a fitting for the CE silica column, consisting of an orifice perpendicular to the surface of a glassy carbon electrode with a bushing inside to ensure a tight press fit. The end of the capillary in contact with the GCE is slant polished, thus defining a reproducible distance from the electrode surface to the column bore. First results with EPC-CE-C(4)D are very promising, as revealed by enrichment factors of two orders of magnitude for Tl, Cu, Pb and Cd ion peak area signals. Detection limits for 10 min deposition time fall around 20 nmol L(-1) with linear calibration curves over a wide range. Besides preconcentration, easy matrix exchange between accumulation and stripping/injection favors procedures like sample cleanup and optimization of pH, ionic strength and complexing power. This was demonstrated for highly saline samples by using a low conductivity buffer for stripping/injection to improve separation and promote field-enhanced sample stacking during electromigration along the capillary. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Luminescence of Eu(III) beta-diketone complex supported on functionalized macroporous silica matrix

This work reports on the photoluminescent properties of the complex diequatris(thenoyltrifluoroacetonate) europium(III), which was adsorbed or supported on tubes of modified surface silica matrix. The luminescence data and the experimental intensity parameter results evidence the existence of high interactions between the complex [Eu(tta)(3)(H2O)(2)] and the modified surface matrix. The anchored complex on macroporous silica shows higher intensity parameter values suggesting that the Eu-0 bond becomes more covalent than the adsorbed one. Therefore, the hypersensitive character of the D-5(0) --> F-7(2) transition increases evidencing a high contribution of the dynamic coupling mechanism possibly due to highly polarizable chemical environments occupied by europium(III) ion. The lifetimes of the complex on silica matrices were measured. (C) 2001 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Red and blue emissions of europium doped gadolinium silicate from porous silica matrix and hydroxide carbonate with spherical shaped particles

In this work, Eu(III) and Eu(II) doped gadolinium silicates has been obtained as compact tubes starting from spherical gadolinium hydroxide carbonate using the pores of silica matrix as support and its surface as reagent. Eu(III) doped gadolinium silicate with hexagonal phase shows an interesting visible shifted charge transfer band when compared to disilicate with orthorhombic phase that was also obtained. Eu(II) gadolinium silicate has been prepared using CO atmosphere presenting an intense blue emission. The divalent europium system shows a potential application as an UV-blue converter. The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray powder diffractometry (XRD) and photoluminescence spectroscopy. (C) 2002 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Validation of a stability indicating capillary electrophoresis method for the determination of darunavir in tablets and comparison with the of infrared absorption spectroscopic method

Darunavir (DRV) is a protease inhibitor used in the treatment of HIV infection, which constitutes a keystone in the therapy of patients infected with this virus. There is no monograph described in official compendia. The literature provides few methods of analysis for the determination of DRV in pharmaceuticals which include TLC, IR, UPLC, HPLC, HPLC-MS, HPLC-MS/MS, but there are no reports of the use of capillary electrophoresis (CE) for the determination of this drug. Thus, this research proposed the development and validation of a CE method for the determination of DRV in tablets. The method was completely validated according to the International Conference on Harmonization guidelines, showing linearity, selectivity, precision, accuracy and robustness. The migration was achieved in less than 1 minute using fused-silica uncoated capillary with an id of 50 μm and total length of 21 cm and voltage of +20 kV. The sample injection was performed in the hydrodynamic mode. The method was linear over the concentration range of 50-200 μg mL-1 with correlation coefficient 0.9998 and limits of detection and quantification of 7.29 and 22.09 μg mL-1, respectively. The drug was subjected to acid, base, oxidation and photolysis degradation. Degradation products were found interfering with the assay of DRV, therefore the method can be regarded as stability indicating. The validated method is useful and appropriate for the routine quality control of DRV in tablets.

Capillary bioreactors based on human purine nucleoside phosphorylase: A new approach for ligands identification and characterization

The enzyme purine nucleoside phosphorylase (PNP) is a target for the discovery of new lead compounds employed on the treatment severe T-cell mediated disorders. Within this context, the development of new, direct, and reliable methods for ligands screening is an important task. This paper describes the preparation of fused silica capillaries human PNP (HsPNP) immobilized enzyme reactor (IMER). The activity of the obtained IMER is monitored on line in a multidimensional liquid chromatography system, by the quantification of the product formed throughout the enzymatic reaction. The Km value for the immobilized enzyme was about twofold higher than that measured for the enzyme in solution (255 +/- 29.2 mu M and 133 +/- 114.9 mu M, respectively). A new fourth-generation immucillin derivative (DI4G: IC50 = 40.6 +/- 0.36 nM), previously identified and characterized in HsPNP free enzyme assays, was used to validate the IMER as a screening method for HsPNP ligands. The validated method was also used for mechanistic studies with this inhibitor. This new approach is a valuable tool to PNP ligand screening, since it directly measures the hypoxanthine released by inosine phosphorolysis, thus furnishing more reliable results than those one used in a coupled enzymatic spectrophotometric assay. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Interactions of inhaled nanoparticles with the alveolar-capillary barrier of the human respiratory tract

In dieser Arbeit wurden zytotoxische Effekte sowie die inflammatorische Reaktionen des distalen respiratorischen Traktes nach Nanopartikelexposition untersucht. Besondere Aufmerksamkeit lag auch auf der Untersuchung unterschiedlicher zellulärer Aufnahmewege von Nanopartikeln wie z.B. Clathrin- oder Caveolae-vermittelte Endozytose oder auch Clathrin- und Caveolae-unabhängige Endozytose (mit möglicher Beteiligung von Flotillinen). Drei unterschiedliche Nanopartikel wurden hierbei gewählt: amorphes Silica (aSNP), Organosiloxan (AmorSil) und Poly(ethyleneimin) (PEI). Alle unterschiedlichen Materialien gewinnen zunehmend an Interesse für biomedizinische Forschungsrichtungen (drug and gene delivery). Insbesondere finden aSNPs auch in der Industrie vermehrt Anwendung, und stellen somit ein ernstzunehmendes Gesundheitsrisiko dar. Dieser wird dadurch zu einem begehrten Angriffsziel für pharmazeutische Verabreichungen von Medikamenten über Nanopartikel als Vehikel aber bietet zugleich auch eine Angriffsfläche für gesundheitsschädliche Nanomaterialien. Aus diesem Grund sollten die gesundheitsschädigenden Risiken, sowie das Schicksal von zellulär aufgenommenen NPs sorgfältig untersucht werden. In vivo Studien an der alveolaren-kapillaren Barriere sind recht umständlich. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit ein Kokulturmodel benutzt, dass die Alveolar-Kapillare Barrier in vivo nachstellt. Das Model besteht aus dem humanen Lungenepithelzelltyp (z.B. NCI H441) und einem humanen microvasculären Endothelzelltyp (z.B. ISO-HAS-1), die auf entgegengesetzten Seiten eines Transwell-Filters ausgesät werden und eine dichte Barriere ausbilden. Die NP Interaktion mit Zellen in Kokultur wurde mit denen in konventioneller Monokultur verglichen, in der Zellen 24h vor dem Experiment ausgesät werden. Diese Studie zeigt, dass nicht nur die polarisierte Eigenschaft der Zellen in Kokultur sondern auch die unmittelbare Nähe von Epithel und Endothelzelle ausschlaggebend für durch aSNPs verursachte Effekte ist. Im Hinblick auf inflammatorische Marker (sICAM, IL-6, IL8-Ausschüttung), reagiert die Kokultur auf aSNPs empfindlicher als die konventionelle Monokultur, wohingegen die Epithelzellen in der Kokultur auf zytotoxikologischer Ebene (LDH-Ausschüttung) unempfindlicher auf aSNPs reagierten als die Zellen in Monokultur. Aufnahmestudien haben gezeigt, dass die Epithelzellen in Kokultur entschieden weniger NPs aufnehmen. Somit zeigen die H441 in der Kokultur ähnliche epitheliale Eigenschaften einer schützenden Barriere, wie sie auch in vivo zu finden sind. Obwohl eine ausreichende Aufnahme von NPs in H441 in Kokultur erreicht werden konnte, konnte ein Transport von NPs durch die epitheliale Schicht und eine Aufnahme in die endotheliale Schicht mit den gewählten Inkubationszeiten nicht gezeigt werden. Eine Clathrin- oder Caveolae-vermittelte Endozytose von NPs konnte mittels Immunfluoreszenz weder in der Mono- noch in der Kokultur nachgewiesen werden. Jedoch zeigte sich eine Akkumulation von NPs in Flotillin-1 und-2 enthaltende Vesikel in Epithelzellen aus beiden Kultursystemen. Ergebnisse mit Flotillin-inhibierten (siRNA) Epithelzellen, zeigten eine deutlich geringere Aufnahme von aSNPs. Zudem zeigte sich eine eine reduzierte Viabilität (MTS) von aSNP-behandelten Zellen. Dies deutet auf eine Beteiligung von Flotillinen an unbekannten (Clathrin oder Caveolae -unabhängig) Endozytosemechanismen und (oder) endosomaler Speicherung. Zusammenfassend waren die Aufnahmemechanismen für alle untesuchten NPs in konventioneller Monokultur und Kokultur vergleichbar, obwohl sich die Barriereeigenschaften deutlich unterscheiden. Diese Arbeit zeigt deutlich, dass sich die Zellen in Kokultur anders verhalten. Die Zellen erreichen hierbei einen höheren Differenzierungsgrad und eine Zellkommunikation mit anderen relevanten Zelltypen wird ermöglicht. Durch das Einbringen eines dritten relevanten Zelltyps in die Kokultur, des Alveolarmakrophagen (Zelllinie THP-1), welcher die erste Verteidigungsfront im Alveolus bildet, wird diese Aussage weiter bekräftigt. Erste Versuche haben gezeigt, dass die Triplekultur bezüglich ihrer Barriereeigenschaften und IL-8-Ausschüttung sensitiver auf z.B. TNF- oder LPS-Stimulation reagiert als die Kokultur. Verglichen mit konventionellen Monokulturen imitieren gut ausgebildete, multizelluräre Kokulturmodelle viel präziser das zelluläre Zusammenspiel im Körper. Darum liefern Nanopartikelinteraktionen mit dem in vitro-Triplekulturmodel aufschlussreichere Ergebnisse bezüglich umweltbedingter oder pharmazeutischer NP-Exposition in der distalen Lung als es uns bisher möglich war.

The effect of elastic modulus and equilibrium vapor adsorption on capillary forces

Die Kapillarkraft entsteht durch die Bildung eines Meniskus zwischen zwei Festkörpen. In dieser Doktorarbeit wurden die Auswirkungen von elastischer Verformung und Flϋssigkeitadsorption auf die Kapillarkraft sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht. Unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskops wurde die Kapillarkraft zwischen eines Siliziumoxid Kolloids von 2 µm Radius und eine weiche Oberfläche wie n.a. Polydimethylsiloxan oder Polyisopren, unter normalen Umgebungsbedingungen sowie in variierende Ethanoldampfdrϋcken gemessen. Diese Ergebnisse wurden mit den Kapillarkräften verglichen, die auf einem harten Substrat (Silizium-Wafer) unter denselben Bedingungen gemessen wurden. Wir beobachteten eine monotone Abnahme der Kapillarkraft mit zunehmendem Ethanoldampfdruck (P) fϋr P/Psat > 0,2, wobei Psat der Sättigungsdampfdruck ist.rnUm die experimentellen Ergebnisse zu erklären, wurde ein zuvor entwickeltes analytisches Modell (Soft Matter 2010, 6, 3930) erweitert, um die Ethanoladsorption zu berϋcksichtigen. Dieses neue analytische Modell zeigte zwei verschiedene Abhängigkeiten der Kapillarkraft von P/Psat auf harten und weichen Oberflächen. Fϋr die harte Oberfläche des Siliziumwafers wird die Abhängigkeit der Kapillarkraft vom Dampfdruck vom Verhältnis der Dicke der adsorbierten Ethanolschicht zum Meniskusradius bestimmt. Auf weichen Polymeroberflächen hingegen hängt die Kapillarkraft von der Oberflächenverformung und des Laplace-Drucks innerhalb des Meniskus ab. Eine Abnahme der Kapillarkraft mit zunehmendem Ethanoldampfdruck hat demnach eine Abnahme des Laplace-Drucks mit zunehmendem Meniskusradius zur folge. rnDie analytischen Berechnungen, fϋr die eine Hertzsche Kontakt-deformation angenommen wurde, wurden mit Finit Element Methode Simulationen verglichen, welche die reale Deformation des elastischen Substrats in der Nähe des Meniskuses explizit berϋcksichtigen. Diese zusätzliche nach oben gerichtete oberflächenverformung im Bereich des Meniskus fϋhrt zu einer weiteren Erhöhung der Kapillarkraft, insbesondere fϋr weiche Oberflächen mit Elastizitätsmodulen < 100 MPa.rn

Controlled wetting on silica-based nano- and microstructured surfaces

Der Fokus dieser Doktorarbeit liegt auf der kontrollierten Benetzung von festen Oberflächen, die in vielen Bereichen, wie zum Beispiel in der Mikrofluidik, für Beschichtungen und in biologischen Studien von Zellen oder Bakterien, von großer Bedeutung ist.rnDer erste Teil dieser Arbeit widmet sich der Frage, wie Nanorauigkeit das Benetzungsverhalten, d.h. die Kontaktwinkel und die Pinningstärke, von hydrophoben und superhydrophoben Beschichtungen beeinflusst. Hierfür wird eine neue Methode entwickelt, um eine nanoraue Silika-Beschichtung über die Gasphase auf eine superhydrophobe Oberfläche, die aus rauen Polystyrol-Silika-Kern-Schale-Partikeln besteht, aufzubringen. Es wird gezeigt, dass die Topographie und Dichte der Nanorauigkeiten bestimmt, ob sich die Superhydrophobizität verringert oder erhöht, d.h. ob sich ein Flüssigkeitstropfen im Nano-Wenzel- oder Nano-Cassie-Zustand befindet. Das verstärkte Pinning im Nano-Wenzel-Zustand beruht auf dem Eindringen von Flüssigkeitsmolekülen in die Nanoporen der Beschichtung. Im Nano-Cassie-Zustand dagegen sitzt der Tropfen auf den Nanorauigkeiten, was das Pinning vermindert. Die experimentellen Ergebnisse werden mit molekulardynamischen Simulationen in Bezug gesetzt, die den Einfluss der Oberflächenbeschichtungsdichte und der Länge von fluorinierten Silanen auf die Hydrophobizität einer Oberfläche untersuchen. rnEs wurden bereits verschiedenste Techniken zur Herstellung von transparenten superhydrophoben, d.h. extrem flüssigkeitsabweisenden, Oberflächen entwickelt. Eine aktuelle Herausforderung liegt darin, Funktionalitäten einzuführen, ohne die superhydrophoben Eigenschaften einer Oberfläche zu verändern. Dies ist extrem anspruchsvoll, da funktionelle Gruppen in der Regel hydrophil sind. In dieser Arbeit wird eine innovative Methode zur Herstellung von transparenten superhydrophoben Oberflächen aus Janus-Mikrosäulen mit variierenden Dimensionen und Topographien entwickelt. Die Janus-Säulen haben hydrophobe Seitenwände und hydrophile Silika-Oberseiten, die anschließend selektiv und ohne Verlust der superhydrophoben Eigenschaften der Oberfläche funktionalisiert werden können. Diese selektive Oberflächenfunktionalisierung wird mittels konfokaler Mikroskopie und durch das chemische Anbinden von fluoreszenten Molekülen an die Säulenoberseiten sichtbar gemacht. Außerdem wird gezeigt, dass das Benetzungsverhalten durch Wechselwirkungen zwischen Flüssigkeit und Festkörper in der Nähe der Benetzungslinie bestimmt wird. Diese Beobachtung widerlegt das allgemein akzeptierte Modell von Cassie und Baxter und beinhaltet, dass hydrophile Flächen, die durch mechanischen Abrieb freigelegt werden, nicht zu einem Verlust der Superhydrophobizität führen müssen, wie allgemein angenommen.rnBenetzung kann auch durch eine räumliche Beschränkung von Flüssigkeiten kontrolliert werden, z.B. in mikrofluidischen Systemen. Hier wird eine modifizierte Stöber-Synthese verwendet, um künstliche und natürliche Faser-Template mit einer Silika-Schicht zu ummanteln. Nach der thermischen Zersetzung des organischen Templat-Materials entstehen wohldefinierte Silika-Kanäle und Kanalkreuzungen mit gleichmäßigen Durchmessern im Nano- und Mikrometerbereich. Auf Grund ihrer Transparenz, mechanischen Stabilität und des großen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnisses sind die Kanäle sehr gut geeignet, um die Füllgeschwindigkeiten von Flüssigkeiten mit variierenden Oberflächenspannungen und Viskositäten zu untersuchen. Konfokale Mikroskopie ermöglicht es hierbei, die Füllgeschwindigkeiten über eine Länge von mehreren Millimetern, sowie direkt am Kanaleingang zu messen. Das späte Füllstadium kann sehr gut mit der Lucas-Washburn-Gleichung beschrieben werden. Die anfänglichen Füllgeschwindigkeiten sind jedoch niedriger als theoretisch vorhergesagt. Wohingegen die vorhergehenden Abschnitte dieser Arbeit sich mit der quasistatischen Benetzung beschäftigen, spielt hier die Dynamik der Benetzung eine wichtige Rolle. Tatsächlich lassen sich die beobachteten Abweichungen durch einen geschwindigkeitsabhängigen Fortschreitkontaktwinkel erklären und durch dynamische Benetzungstheorien modellieren. Somit löst diese Arbeit das seit langem diskutierte Problem der Abweichungen von der Lucas-Washburn-Gleichung bei kleinen Füllgeschwindigkeiten.

Modeling of electroosmotic and electrophoretic mobilization in capillary and microchip isoelectric focusing

Our dynamic capillary electrophoresis model which uses material specific input data for estimation of electroosmosis was applied to investigate fundamental aspects of isoelectric focusing (IEF) in capillaries or microchannels made from bare fused-silica (FS), FS coated with a sulfonated polymer, polymethylmethacrylate (PMMA) and poly(dimethylsiloxane) (PDMS). Input data were generated via determination of the electroosmotic flow (EOF) using buffers with varying pH and ionic strength. Two models are distinguished, one that neglects changes of ionic strength and one that includes the dependence between electroosmotic mobility and ionic strength. For each configuration, the models provide insight into the magnitude and dynamics of electroosmosis. The contribution of each electrophoretic zone to the net EOF is thereby visualized and the amount of EOF required for the detection of the zone structures at a particular location along the capillary, including at its end for MS detection, is predicted. For bare FS, PDMS and PMMA, simulations reveal that EOF is decreasing with time and that the entire IEF process is characterized by the asymptotic formation of a stationary steady-state zone configuration in which electrophoretic transport and electroosmotic zone displacement are opposite and of equal magnitude. The location of immobilization of the boundary between anolyte and most acidic carrier ampholyte is dependent on EOF, i.e. capillary material and anolyte. Overall time intervals for reaching this state in microchannels produced by PDMS and PMMA are predicted to be similar and about twice as long compared to uncoated FS. Additional mobilization for the detection of the entire pH gradient at the capillary end is required. Using concomitant electrophoretic mobilization with an acid as coanion in the catholyte is shown to provide sufficient additional cathodic transport for that purpose. FS capillaries dynamically double coated with polybrene and poly(vinylsulfonate) are predicted to provide sufficient electroosmotic pumping for detection of the entire IEF gradient at the cathodic column end.