Estudos estruturais por difração de raios X de fosfolipases A2 em presença de íons com importância funcional

Snakes from Bothrops genus are responsible for more than 90% of the ophidian accidents in Brazil. One of the main complications from this kind of accident is muscular necrosis, which is related to the action of phospholipases A2 and metalloproteases, two groups of enzymes found in the venom of these animals. Although this complication cannot be solved by serum therapy administration, a great number of studies have been performed with the attempt to know the pharmacological sites of these toxins aiming, in the future, the development of complementary treatments to serum therapy. This work proposes structural studies of bothropic phospholipases A2 (PLA2s) in the presence of ions relevant to their activity, using the X-ray crystallography technique. Recently, it was demonstrated ions, as manganese, calcium and others, interfere in the biological activity of the PLA2s. Particularly, Lys49-PLA2s in the presence of manganese ions have miotoxicity reduced. Asp49-PLA2s show catalytic activity dependent of calcium, although structural studies with a miotoxic Asp49-PLA2, BthTX-II, suggest a possible catalytic mechanism independent of calcium. Therefore, co-crystallization of BthTX-II in the presence of calcium ions and of PrTX-I in the presence of manganese ions were performed. Comparative structural studies among obtained results and others already published in the literature were performed aiming a better understanding of the structure-function relationship of these toxins. The BthTX-II with the presence of calcium do not show this ion in the loop of coordination of calcium, presence necessary to develop the catalyses. After comparison of this model with the native one, only one distortion was found, but no apparent relationship with the residues responsible for its activity. In the PrTX-I structure, regions candidates of manganese ions were also found... (Complete abstract click electronic access below)

Efeitos de relevância versus repetição de estímulo lingüístico na indução da memória declarativa

In the LTP (Long-Term Potentiation) model of learning and memory formation, elaborated in the context of molecular neurobiology, the opening of NMDA (N-Metyl-D-Aspartate) channels to entry of calcium ions into the post-synaptic neuron depends on two excitatory events: the repeated activation of the post-synaptic neuron by only one pre-synaptic neuron (Alternative 1), or its concomitant activation by two or more pre-synaptic neurons (Alternative 2). With the purpose of testing these alternatives, in the context of Cognitive Psychology, we presented to 73 university students a sequence of slides, with the duration of 6 seconds each, containing sentences (one for each slide) considered as being relevant or irrelevant for the subjects. Relevant sentences (R1) were presented only one time, while irrelevant ones were divided in three groups: the first one with sentences presented only one time (I1), the second with sentences presented three times (I3) and the third with sentences presented five times (I5). We conjectured that relevant sentences presented only one time would mobilize two or more brain excitatory pathways (corresponding to Alternative 2 above), while repeated irrelevant sentences would progressively activate the same sensory pathway. After the presentation of the sentences, the subjects answered a written questionnaire with questions about each presented sentence. The results indicate a prevalence of correct answers to R1 over I1, I3 and I5, suggesting that the relevance factor has greater weight than repetition in the induction of declarative memories

Chemical characterization and bioactivity of epoxy resin and Portland cement-based sealers with niobium and zirconium oxide radiopacifiers

The purpose of this study was to characterize and to evaluate the bioactivity potential of experimental root canal sealers (ES) based on Portland cement, epoxy resin with nano- and micro-particles of niobium or zirconium oxide used as radiopacifiers in comparison to AH Plus and MTA Fillapex. Methods Specimens of the sealers (10 mm in diameter × 1 mm thick) were prepared and the radiopacity was evaluated according to ISO 6876 (2012) specifications. Characterization of the sealers was performed under the scanning electron microscope (SEM) immediately after setting and after immersion for 28 days in Hank's balanced salt solution (HBSS). In addition X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy were also performed. The pH and calcium ion release were measured after 1, 7, 14, 21 and 28 days after completion of seating using a digital pH meter and an atomic absorption spectrophotometer, respectively. Results The experimental sealers exhibited an average radiopacity of 2.5 mm thickness of aluminum, which was similar to MTA Fillapex (P > 0.05) and inferior to AH Plus (P < 0.05). AH Plus did not show bioactivity. Although the experimental sealers did not exhibit the formation of hydration product, they encouraged the deposition of crystalline spherical structures of calcium deficient phosphate. The highest pH and calcium release values were observed with the experimental sealers (P < 0.01). ES-Nb-micro was the only sealer to present hexagonal shaped crystal deposition. Significance Novel root canal sealers based on a mixture of Portland cement, epoxy resin and radiopacifier exhibited a degree of bioactivity although no evidence of cement hydration was demonstrated on material characterization. The radiopacifier particle size had limited effect on the sealer microstructure and chemical properties.

Microencapsulação por gelificação iônica e interação eletrostática do corante de buriti (Mauritia flexuosa L. f.)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Bioanalytical methods for the metalloproteomics study of bovine longissimus thoracis muscle tissue with different grades of meat tenderness in the Nellore breed (Bos indicus)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Characterization of the phosphatidylinositol-specific phospholipase C-released form of rat osseous plate alkaline phosphatase and its possible significance on endochondral ossification

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeito da adição de flúor e cálcio no gel clareador a base de peróxido de hidrogênio na penetração, cor e microdureza

The objective of this study was to evaluate the effect of adding calcium ions and fluoride in the formulation of a whitening gel 35% hydrogen peroxide in its penetration through the dental structure, whitening efficacy and surface hardness of dental enamel. 80 teeth bovine incisors were used, which were obtained enamel and dentin disks of the buccal surface with 6mm diameter and 2mm thick (1 mm of enamel and dentin 1mm). The samples were divided into four groups stratified according to the protective substance / remineralizing added to the gel of hydrogen peroxide 35%: Group Ca - Calcium gluconate 0.5%; Group F - Sodium fluoride 0.2%; Group Ca + F - Calcium gluconate 0.5% and Sodium Fluoride 0.2%; Control group - no substance was added. The initial color of the samples and the hardness of the enamel were measured before the bleaching procedures. The specimens from each group were placed on a metallic support on which there was a simulated pulp chamber, which was filled with acetate buffer to collect and stabilize the penetrated peroxide. The respective bleaching treatments were applied 3 times, total of 30 minutes of application. The amount of peroxide which passed through the samples was determined by absorbance spectrophotometry. The hardness of the samples was measured immediately after bleaching. Next, the samples were immersed in artificial saliva for 7 days, after which the final color was evaluated. Data were statistically analyzed adopting a 5% significance level

Efeito da adição de flúor e cálcio no gel clareador a base de peróxido de hidrogênio na penetração, cor e microdureza

The objective of this study was to evaluate the effect of adding calcium ions and fluoride in the formulation of a whitening gel 35% hydrogen peroxide in its penetration through the dental structure, whitening efficacy and surface hardness of dental enamel. 80 teeth bovine incisors were used, which were obtained enamel and dentin disks of the buccal surface with 6mm diameter and 2mm thick (1 mm of enamel and dentin 1mm). The samples were divided into four groups stratified according to the protective substance / remineralizing added to the gel of hydrogen peroxide 35%: Group Ca - Calcium gluconate 0.5%; Group F - Sodium fluoride 0.2%; Group Ca + F - Calcium gluconate 0.5% and Sodium Fluoride 0.2%; Control group - no substance was added. The initial color of the samples and the hardness of the enamel were measured before the bleaching procedures. The specimens from each group were placed on a metallic support on which there was a simulated pulp chamber, which was filled with acetate buffer to collect and stabilize the penetrated peroxide. The respective bleaching treatments were applied 3 times, total of 30 minutes of application. The amount of peroxide which passed through the samples was determined by absorbance spectrophotometry. The hardness of the samples was measured immediately after bleaching. Next, the samples were immersed in artificial saliva for 7 days, after which the final color was evaluated. Data were statistically analyzed adopting a 5% significance level

Evaluation of the propylene glycol association on some physical and chemical properties of mineral trioxide aggregate

Duarte MAH, Alves de Aguiar K, Zeferino MA, Vivan RR, Ordinola-Zapata R, Tanomaru-Filho M, Weckwerth PH, Kuga MC. Evaluation of the propylene glycol association on some physical and chemical properties of mineral trioxide aggregate. International Endodontic Journal, 45, 565570, 2012. Abstract Aim To evaluate the influence of propylene glycol (PG) on the flowability, setting time, pH and calcium ion release of mineral trioxide aggregate (MTA). Methodology Mineral trioxide aggregate was mixed with different proportions of PG, as follows: group 1: MTA + 100% distilled water (DW); group 2: MTA + 80% DW and 20% PG; group 3: MTA + 50% DW and 50% PG; group 4: MTA + 20% DW and 80% PG; group 5: MTA + 100% PG. The ANSI/ADA No. 57 was followed for evaluating the flowability and the setting time was measured by using ASTM C266-08. For pH and calcium release analyses, 50 acrylic teeth with root-end cavities were filled with the materials (n = 10) and individually immersed in flasks containing 10 mL deionized water. After 3 h, 24 h, 72 h and 168 h, teeth were placed in new flasks and the water in which each specimen was immersed had its pH determined by a pH metre and the calcium release measured by an atomic absorption spectrophotometer with a calcium-specific hollow cathode lamp. Data were analysed by using one-way anova test for global comparison and by using Tukeys test for individual comparisons. Results The highest value of flowability was observed with MTA + 20% DW and 80% PG and the lowest values were found with MTA + 100% DW. They were significantly different compared to the other groups (P < 0.05). The presence of PG did not affect the pH and calcium release. The MTA + 100% PG favoured the highest (P < 0.05) pH and calcium release after 3 h. Increasing the PG proportion interfered (P < 0.05) with the setting time; when used at the volume of 100% setting did not occur. Conclusion The addition of PG to MTA-Angelus increased its setting time, improved flowability and increased the pH and calcium ion release during the initial post-mixing periods. The ratio of 80% DW 20% PG is recommended.

CLONING AND EXPRESSION ANALYSIS OF ALLOGRAFT INFLAMMATORY FACTOR TYPE 1 IN COELOMOCYTES OF ANTARCTIC SEA URCHIN (STERECHINUS NEUMAYERI)

We have cloned and characterized for the first time an allograft inflammatory factor 1 (Sn-AIF-1) from the Antarctic sea urchin. We report the cloning of Sn-AIF-1 cDNA and the characterization of its expression in coelomocytes after a bacterial challenge. The cDNA Sn-AIF-1 has a size of 608 bp and encodes a polypeptide of 151 aa. The deduced amino acid sequence has a putative size of 17.430 Da, an isoelectric point of 4.92, and shows 2 elongation factor handlike motifs that normally bind calcium ions. BLAST analysis revealed close matches with other known AIF-1. The deduced amino acid sequence of Sn-AIF-1 showed high homology with AIF-1 in vertebrates such as fish, mice, and humans; and in the case of invertebrates, the major degree of identity (55%) was with a predicted sequence of the purple sea urchin AIF-1, and 52% corresponded to a sponge. Expression of Sn-AIF-1 mRNA was analyzed by qPCR. Sn-AIF-1 mRNA expression was measured from coelomocytes after a bacterial challenge using RT-PCR and revealed that the gene was upregulated after 24 h. Sn-AIF-1 could participate in the inflammatory response, particularly in the activation of coelomocytes and their survival.

Ektopische Expression schwer exprimierbarer nikotinischer Acetylcholinrezeptoren in Zellinien

Deutsch:In dieser Arbeit wurden Versuche zur funktionellen Expression von schwer ektopisch exprimierbaren nAChR in HEK-293/a1-Zellen durchgeführt: a7 nAChR und a6-enthaltenden nAChR. Die Probleme lagen dabei nicht auf dem Niveau der Transfektion, Transkription, Translation oder der Assemblierung, sondern beim Transport der Rezeptoren zur Zellmembran.Die Expression von a7 nAChR in der Plasmamembran von HEK-293/a1-Zellen konnte durch verbesserte Expressionsbedingungen (Koexpression des Faltungshelfers Calnexin oder weiterer nAChR-Untereinheiten, Erniedrigung der Expressionstemperatur, Expression in Gegenwart nikotinischer Antagonisten) nicht erreicht werden. Auch in anderen Zellinien mit neuronalem oder nicht-neuronalem Ursprung (QT6, GH4C1, S2 und PCC7-Mz1) war die EGFP-gekoppelte a7 nAChR-Untereinheit nur im Zellinneren lokalisiert.Eine intrazelluläre Lokalisation verhinderte auch eine funktionelle Expression homomerer a6 sowie heteromerer a6b2 und a6b3 nAChR in HEK-293/a1-Zellen. Im Gegensatz dazu führte eine Expression von stabil mit den nAChR-Untereinheiten a6 und b4 transfizierten HEK-293/a1-Zellen in Gegenwart von Calciumphosphat-Transfektionslösung und anschließend bei 30°C zu einem verbesserten Transport der Rezeptoren zur Zellmembran und damit zum erfolgreichen Expression funktioneller a6b4 nAChR. Die Wirkung der Transfektionslösung kann durch die erhöhte Calciumkonzentration erklärt werden, da in Ganzzellableitungen eine potenzierende Wirkung von Calciumionen auf den a6b4 nAChR bewiesen wurde. Somit konnte erstmalig der humane a6b4 nAChR in einer Säugerzellinie stabil und funktionell exprimiert werden.

Vorkommen und Charakterisierung von Ecdysiotropinen bei männlichen Imagines der Mittelmeerfeldgrille Gryllus bimaculatus de Geer

Das Vorkommen von Häutungshormonen in adulten Insekten, insbesondere solcher, die eine lange Imaginalphase durchlaufen, wirft die Frage nach der Regulation der Ecdysteroidsynthese außerhalb der Prothorakaldrüse auf. Unter diesem Gesichtspunkt kann Gryllus bimaculatus mit einem ausgesprochen langen Adultstadium und rapiden zeitlichen Veränderungen des Ecdysontiters als ein geeignetes Versuchsobjekt angesehen werden.Der vorliegenden Dissertation liegt die Arbeitshypothese zugrunde, daß die Ecdysteroid-Synthese bzw. Sekretion von Adultgeweben in männlichen Imagines der Mittelmeerfeldgrille durch Neuropeptide hormonell reguliert wird. Als Quelle für die Ecdysteroidsynthese wurde auf Grund immunohistochemischer Befunde sowie der Ergebnisse von Sekretionsprofil-Analysen unter anderem die Oenocyten in Betracht gezogen.Zur Überprüfung dieser Hypothese wurde ein in vitro Bioassay entwickelt, der es ermöglichte, die Wirkung von extrahierten Substanzen auf die Hormonsynthese mittels RIA/HPLC zu bestimmen. Aus Köpfen adulter G. bimaculatus ließen sich durch HP-SEC Faktoren isolieren, die die Ecdysteroidsekretion in Oenocyten und Tergiten stimulierten, die aber keinen Einfluß auf die Hormonsekretion von Fettgewebe sowie der Prothorakaldrüsen hatten. Die Wirkung des aufgereinigten Extraktes in Oenocyten war zeit- und dosis-abhängig. Die ecdysiotropen Faktoren besaßen ein Molekulargewicht zwischen 26,5 und 30 kDa. Die Größe der Molmasse der ecdysiotropen Faktoren entsprach somit bei adulten männlichen Grillen etwa dem des Neurohormons PTTH bei Lepidopteren. Dennoch zeigten Antikörper, die gegen PTTH von Bombyx mori gerichtet waren im Western-Blot keine Bindung an Gryllus bimaculatus Kopfextrakte. Die Sekretionsprodukte von Oenocyten, die mit Ecdysiotropinen behandelt waren, wurden durch RP- und NP-HPLC identifiziert. Es konnten zwei zusätzliche Peaks neben einem deutlichen Anstieg von 20-Hydroxyecdyson nachgewiesen werden. Auf Grund identischer Retentionszeiten mit Referenzsubstanzen handelt es sich bei einem Peak vermutlich um Makisteron A.Obwohl die Applikation von Azadirachtin in G. bimaculatus zu einer Senkung des Hämolymph-Ecdysteroidgehalts führte, konnte keine Anreicherung von Ecdysiotropinen erzielt werden.Die die Ecdysteroidsekretion-beeinflussenden Faktoren waren resistent gegen Kochen und Alkylierung aber nicht stabil gegen Reduzierung durch DTT und Behandlung mit Neuramidase. Damit konnte gezeigt werden, daß das Vorhandensein von Disulfidbrücken und Oligosaccharidketten für die biologische Aktivität notwendig ist.Die Aminosäuresequenz-Analyse und der enzymatische Verdau der stimulierenden Faktoren durch Exopeptidasen wiesen auf geschützte N- und C-Termini hin. Ferner wurden einige interne Peptidfragmente von fünf Proteinbanden sequenziert, die keine Homologie zu bereits bekannten regulatorischen Neuropeptiden zeigten. Als einziges bekanntes Protein aus diesem Bereich konnte das „14-3-3-like Protein“ mit Hilfe MALDI-MS identifiziert werden.Die Stimulierung der Ecdysteroidsekretion in Oenocyten von G. bimaculatus durch Oenocyten-stimulierende Faktoren (OSF) aus Kopfextrakten konnte mittels Signalstoff-Effektoren in vitro nachgeahmt werden. Außerdem wurde mit Hilfe eines RRA nachgewiesen, daß der intrazelluläre cAMP-Spiegel von Oenocyten durch OSF erhöht wird. Daraus kann geschlossen werden, daß cAMP als „Second Messenger“ an der Wirkung der OSF beteiligt ist. Calcium-Ionen schienen für die Ecdysteroidsekretion notwendig zu sein. Allerdings führte eine artifizielle Erhöhung der intrazellulären Calcium-Konzentration durch das Ionophor Ionomycin zu einer Hemmung der Sekretion. Schließlich wird ein Modell zur Erklärung des Wirkmechanismus von OSF in Gryllus bimaculatus postuliert und diskutiert.

Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme an nozizeptiven Spinalganglienneuronen der Ratte

Die freien Endigungen von Spinalganglienneuronen sind für die Detektion schmerzhafter Reize verantwortlich. Dabei rufen thermische, chemische oder mechanische Reize Ionenströme über die Membran und dadurch Membranpotentialänderungen hervor. Diese noxisch induzierten Ströme sind in großem Ausmaß durch chemische Substanzen und andere Reize modulierbar. Der Ionenkanal TRPV1 ist für die Detektion zahlreicher chemischer Reize und zumindest eines Teils der noxischen Hitzereize verantwortlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden einige der Mechanismen geklärt, die zur schnellen Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme führen. Hierfür wurden akut dissoziierte Spinalganglienneurone der Ratte als Modell ihrer peripheren Endigung verwendet und mittels Ganzzellableitung in der patch-clamp-Technik untersucht. Die Verwendung von Trypsin während der Präparation von Spinalganglienneuronen hat keinen funktionellen Einfluss auf hitze- oder capsaicininduzierte Ströme, verbessert aber die Untersuchungsbedingungen für das patch-clamp-Verfahren. Bei 144 akut dissoziierten Spinalganglienneuronen wurden die Stromantworten auf drei im Abstand von 40 s durch Überspülen mit 45,3 bis 46,3°C heißer Extrazellularlösung applizierte einsekündige Hitzereize gemessen. Dabei ließen sich repetitiv reproduzierbare hitzeinduzierte Einwärtsströme von etwa 160 pA erzielen; es konnte keine Tachyphylaxie und nahezu keine Inaktivierung beobachtet werden. Direkt vor dem zweiten Hitzereiz wurden die Neurone für zwei Sekunden mit Extrazellularlösung überspült, die Kontrolllösung, 0,5 μM Capsaicin, 10 μM Natriumnitroprussid oder 10 μM YC-1 enthielt. Es fand sich kein Hinweis, dass Stickstoffmonoxid oder die Guanylatzyklase einen signifikanten Beitrag zur Sensibilisierung von hitzeinduzierten Strömen in Spinalganglienneuronen leisten, wobei ein durch den Versuchsaufbau bedingtes Auswaschen zytosolischer Faktoren, die für den Signalweg notwendig sind, nicht ausgeschlossen werden kann. Bei einer Konzentration von 0,5 μM löst Capsaicin für zwei Sekunden einen sehr kleinen Einwärtsstrom von etwa 33 pA aus und führt innerhalb von zwei Sekunden zu einer schnell reversiblen Sensibilisierung von hitzeinduzierten Einwärtsströmen in Spinalganglienneuronen (p<0,01). Das Ausmaß der Sensibilisierung ist proportional zur Größe des capsaicininduzierten Stromes (r=−0,7, p<0,001). Konstant halten der intrazellulären Calciumkonzentration mittels des Calciumchelators BAPTA verhindert die capsaicininduzierte Sensibilisierung hitzeinduzierter Ströme an Spinalganglienneuronen. Demzufolge beruht die capsaicininduzierte Sensibilisierung trotz der schnellen Kinetik nicht auf einer synergistischen Wirkung der beiden Agonisten Capsaicin und Hitze auf ihren gemeinsamen Rezeptor; vielmehr ist sie von einer Erhöhung der intrazellulären freien Calciumkonzentration abhängig. Funktionelle Änderungen der zellulären Funktion werden häufig durch Proteinkinasen vermittelt. Die zur Gruppe der MAP-Kinasen gehörende ERK (extracellular signal related kinase) wird bei Membrandepolarisation und Calciumeinstrom in die Zelle durch MEK (MAPK/extracellular signal related kinase kinase) aktiviert. Blockade der MEK/ERK-Kaskade durch den spezifischen MEK-Hemmstoff U0126 führt ebenfalls zu einer Aufhebung der Sensibilisierung der Hitzeantworten durch Capsaicin. Applikation von Capsaicin führt innerhalb von zwei Sekunden zu einer schnell reversiblen Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme an nozizeptiven Spinalganglienneuronen. Diese Sensibilisierung wird durch einen Calciumeinstrom in die Zelle und die dadurch eintretende Aktivierung von Proteinkinasen hervorgerufen. Die MEK/ERK-Kaskade ist ein sehr schnell (deutlich unter 2 s) aktivierbares intrazelluläres Signalsystem, welches bei der Regulation der Empfindlichkeit nozizeptiver Spinalganglienneurone eine entscheidende Rolle spielt; die schnelle Kinetik ist dabei nur durch eine membranständige oder zumindest membrannahe Lokalisation dieser Proteinkinasen erklärbar. Durch Applikation zehnsekündiger Hitzereize lässt sich ebenfalls eine Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme auslösen, die ebenso ausgeprägt ist, wie die Sensibilisierung durch 0,5 μM Capsaicin (p<0,005). Durch das immer größere Verständnis der Funktionsweise des nozizeptiven Systems ergeben sich ständig neue Ansätze für die Entwicklung neuer Analgetika. So könnte durch Modulation spezifischer intrazellulärer Proteinkinasen der Phosphorylierungszustand und damit die Aktivierbarkeit von Ionenkanälen, die der Transduktion noxischer Reize dienen, positiv beeinflusst werden. Neuere, noch spezifischere Inhibitoren der MEK können der Forschung und später auch der Therapie neue Möglichkeiten eröffnen.

New sensing platforms based on nanoscopic devices for probing protein-membrane interactions

A novel nanosized and addressable sensing platform based on membrane coated plasmonic particles for detection of protein adsorption using dark field scattering spectroscopy of single particles has been established. To this end, a detailed analysis of the deposition of gold nanorods on differently functionalized substrates is performed in relation to various factors (such as the pH, ionic strength, concentration of colloidal suspension, incubation time) in order to find the optimal conditions for obtaining a homogenous distribution of particles at the desired surface number density. The possibility of successfully draping lipid bilayers over the gold particles immobilized on glass substrates depends on the careful adjustment of parameters such as membrane curvature and adhesion properties and is demonstrated with complementary techniques such as phase imaging AFM, fluorescence microscopy (including FRAP) and single particle spectroscopy. The functionality and sensitivity of the proposed sensing platform is unequivocally certified by the resonance shifts of the plasmonic particles that were individually interrogated with single particle spectroscopy upon the adsorption of streptavidin to biotinylated lipid membranes. This new detection approach that employs particles as nanoscopic reporters for biomolecular interactions insures a highly localized sensitivity that offers the possibility to screen lateral inhomogeneities of native membranes. As an alternative to the 2D array of gold nanorods, short range ordered arrays of nanoholes in optically transparent gold films or regular arrays of truncated tetrahedron shaped particles are built by means of colloidal nanolithography on transparent substrates. Technical issues mainly related to the optimization of the mask deposition conditions are successfully addressed such that extended areas of homogenously nanostructured gold surfaces are achieved. Adsorption of the proteins annexin A1 and prothrombin on multicomponent lipid membranes as well as the hydrolytic activity of the phospholipase PLA2 were investigated with classical techniques such as AFM, ellipsometry and fluorescence microscopy. At first, the issues of lateral phase separation in membranes of various lipid compositions and the dependency of the domains configuration (sizes and shapes) on the membrane content are addressed. It is shown that the tendency for phase segregation of gel and fluid phase lipid mixtures is accentuated in the presence of divalent calcium ions for membranes containing anionic lipids as compared to neutral bilayers. Annexin A1 adsorbs preferentially and irreversibly on preformed phosphatidylserine (PS) enriched lipid domains but, dependent on the PS content of the bilayer, the protein itself may induce clustering of the anionic lipids into areas with high binding affinity. Corroborated evidence from AFM and fluorescence experiments confirm the hypothesis of a specifically increased hydrolytic activity of PLA2 on the highly curved regions of membranes due to a facilitated access of lipase to the cleavage sites of the lipids. The influence of the nanoscale gold surface topography on the adhesion of lipid vesicles is unambiguously demonstrated and this reveals, at least in part, an answer for the controversial question existent in the literature about the behavior of lipid vesicles interacting with bare gold substrates. The possibility of formation monolayers of lipid vesicles on chemically untreated gold substrates decorated with gold nanorods opens new perspectives for biosensing applications that involve the radiative decay engineering of the plasmonic particles.

Miniemulsionen als räumliche Begrenzungen : Synthese von Polymer-Hydroxylapatit-Nanopartikeln, bio-inspirierten Nanokapseln und Polymer-Einzelkettenpartikeln

In der vorliegenden Arbeit wurden Miniemulsionen als räumliche Begrenzungen für die Synthese von unterschiedlichen funktionellen Materialien mit neuartigen Eigenschaften verwendet. Das erste Themengebiet umfasst die Herstellung von Polymer/Calciumphosphat-Hybridpartikeln und –Hybridkapseln über die templatgesteuerte Mineralisation von Calciumphosphat. Die funktionalisierte Oberfläche von Polymernanopartikeln, welche über die Miniemulsionspolymerisation hergestellt wurden, diente als Templat für die Kristallisation von Calciumphosphat auf den Partikeln. Der Einfluss der funktionellen Carboxylat- und Phosphonat-Oberflächengruppen auf die Komplexierung von Calcium-Ionen sowie die Mineralisation von Calciumphosphat auf der Oberfläche der Nanopartikel wurde mit mehreren Methoden (ionenselektive Elektroden, REM, TEM und XRD) detailliert analysiert. Es wurde herausgefunden, dass die Mineralisation bei verschiedenen pH-Werten zu vollkommen unterschiedlichen Kristallmorphologien (nadel- und plättchenförmige Kristalle) auf der Oberfläche der Partikel führt. Untersuchungen der Mineralisationskinetik zeigten, dass die Morphologie der Hydroxylapatit-Kristalle auf der Partikeloberfläche mit der Änderung der Kristallisationsgeschwindigkeit durch eine sorgfältige Wahl des pH-Wertes gezielt kontrolliert werden kann. Sowohl die Eigenschaften der als Templat verwendeten Polymernanopartikel (z. B. Größe, Form und Funktionalisierung), als auch die Oberflächentopografie der entstandenen Polymer/Calciumphosphat-Hybridpartikel wurden gezielt verändert, um die Eigenschaften der erhaltenen Kompositmaterialien zu steuern. rnEine ähnliche bio-inspirierte Methode wurde zur in situ-Herstellung von organisch/anorganischen Nanokapseln entwickelt. Hierbei wurde die flexible Grenzfläche von flüssigen Miniemulsionströpfchen zur Mineralisation von Calciumphosphat an der Grenzfläche eingesetzt, um Gelatine/Calciumphosphat-Hybridkapseln mit flüssigem Kern herzustellen. Der flüssige Kern der Nanokapseln ermöglicht dabei die Verkapselung unterschiedlicher hydrophiler Substanzen, was in dieser Arbeit durch die erfolgreiche Verkapselung sehr kleiner Hydroxylapatit-Kristalle sowie eines Fluoreszenzfarbstoffes (Rhodamin 6G) demonstriert wurde. Aufgrund der intrinsischen Eigenschaften der Gelatine/Calciumphosphat-Kapseln konnten abhängig vom pH-Wert der Umgebung unterschiedliche Mengen des verkapselten Fluoreszenzfarbstoffes aus den Kapseln freigesetzt werden. Eine mögliche Anwendung der Polymer/Calciumphosphat-Partikel und –Kapseln ist die Implantatbeschichtung, wobei diese als Bindeglied zwischen künstlichem Implantat und natürlichem Knochengewebe dienen. rnIm zweiten Themengebiet dieser Arbeit wurde die Grenzfläche von Nanometer-großen Miniemulsionströpfchen eingesetzt, um einzelne in der dispersen Phase gelöste Polymerketten zu separieren. Nach der Verdampfung des in den Tröpfchen vorhandenen Lösungsmittels wurden stabile Dispersionen sehr kleiner Polymer-Nanopartikel (<10 nm Durchmesser) erhalten, die aus nur wenigen oder einer einzigen Polymerkette bestehen. Die kolloidale Stabilität der Partikel nach der Synthese, gewährleistet durch die Anwesenheit von SDS in der wässrigen Phase der Dispersionen, ist vorteilhaft für die anschließende Charakterisierung der Polymer-Nanopartikel. Die Partikelgröße der Nanopartikel wurde mittels DLS und TEM bestimmt und mit Hilfe der Dichte und des Molekulargewichts der verwendeten Polymere die Anzahl an Polymerketten pro Partikel bestimmt. Wie es für Partikel, die aus nur einer Polymerkette bestehen, erwartet wird, stieg die mittels DLS bestimmte Partikelgröße mit steigendem Molekulargewicht des in der Synthese der Partikel eingesetzten Polymers deutlich an. Die Quantifizierung der Kettenzahl pro Partikel mit Hilfe von Fluoreszenzanisotropie-Messungen ergab, dass Polymer-Einzelkettenpartikel hoher Einheitlichkeit hergestellt wurden. Durch die Verwendung eines Hochdruckhomogenisators zur Herstellung der Einzelkettendispersionen war es möglich, größere Mengen der Einzelkettenpartikel herzustellen, deren Materialeigenschaften zurzeit näher untersucht werden.rn