Volatile products and new polymer structures formed on Co-60 gamma-radiolysis of poly(lactic acid) and poly(glycolic acid)

A gas product analysis has been conducted on gamma-irradiated samples of poly(lactic acid) (PLA) and poly(glycolic acid) (PGA) by means of gas chromatography. The major volatile products have been identified to be CO, CO2, CH4 and C2H6 for PLA, and CO and CO2 for PGA. In addition, the yield of evolved gases for PLA has been found to be 1.81 for CO2, 0.98 for CO, 0.026 for CH4 and 0.012 for C2H6; and that for PGA to be 1.70 for CO2 and 0.42 for CO. The new chain ends formed due to gamma-induced bond cleavage in PLA have been assigned to CH3-CH2-CO-O- and CH3-CH2-O-CO-, and the G values for formation of these chain ends were found to be 1.9 and 0.6, respectively. The G value for chain scission reported previously of 2.3 is comparable with that for the formation of the propanoic acid end group. (C) 1997 Elsevier Science Limited.

A two-dimensional X-ray scattering system for in-situ time-resolving studies of polymer structures subjected to controlled deformations

A two-dimensional X-ray scattering system developed around a CCD-based area detector is presented, both in terms of hardware employed and software designed and developed. An essential feature is the integration of hardware and software, detection and sample environment control which enables time-resolving in-situ wide-angle X-ray scattering measurements of global structural and orientational parameters of polymeric systems subjected to a variety of controlled external fields. The development and operation of a number of rheometers purpose-built for the application of such fields are described. Examples of the use of this system in monitoring degrees of shear-induced orientation in liquid-crystalline systems and crystallization of linear polymers subsequent to shear flow are presented.

Periodic polymer photonic bandgap structures for on-chip optical cavities

Integrated on-chip optical platforms enable high performance in applications of high-speed all-optical or electro-optical switching, wide-range multi-wavelength on-chip lasing for communication, and lab-on-chip optical sensing. Integrated optical resonators with high quality factor are a fundamental component in these applications. Periodic photonic structures (photonic crystals) exhibit a photonic band gap, which can be used to manipulate photons in a way similar to the control of electrons in semiconductor circuits. This makes it possible to create structures with radically improved optical properties. Compared to silicon, polymers offer a potentially inexpensive material platform with ease of fabrication at low temperatures and a wide range of material properties when doped with nanocrystals and other molecules. In this research work, several polymer periodic photonic structures are proposed and investigated to improve optical confinement and optical sensing. We developed a fast numerical method for calculating the quality factor of a photonic crystal slab (PhCS) cavity. The calculation is implemented via a 2D-FDTD method followed by a post-process for cavity surface energy radiation loss. Computational time is saved and good accuracy is demonstrated compared to other published methods. Also, we proposed a novel concept of slot-PhCS which enhanced the energy density 20 times compared to traditional PhCS. It combines both advantages of the slot waveguide and photonic crystal to localize the high energy density in the low index material. This property could increase the interaction between light and material embedded with nanoparticles like quantum dots for active device development. We also demonstrated a wide range bandgap based on a one dimensional waveguide distributed Bragg reflector with high coupling to optical waveguides enabling it to be easily integrated with other optical components on the chip. A flexible polymer (SU8) grating waveguide is proposed as a force sensor. The proposed sensor can monitor nN range forces through its spectral shift. Finally, quantum dot - doped SU8 polymer structures are demonstrated by optimizing spin coating and UV exposure. Clear patterns with high emission spectra proved the compatibility of the fabrication process for applications in optical amplification and lasing.

A molecular dynamics study of the influence of chain branching on the properties of polymer systems

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluß von Kettenverzweigungen unterschiedlicher Topologien auf die statischen Eigenschaften von Polymeren. Diese Untersuchungen werden mit Hilfe von Monte-Carlo- und Molekular-Dynamik-Simulationen durchgeführt.Zunächst werden einige theoretische Konzepte und Modelle eingeführt, welche die Beschreibung von Polymerketten auf mesoskopischen Längenskalen gestatten. Es werden wichtige Bestimmungsgrößen eingeführt und erläutert, welche zur quantitativen Charakterisierung von Verzweigungsstrukturen bei Polymeren geeignet sind. Es wird ebenso auf die verwendeten Optimierungstechniken eingegangen, die bei der Implementierung des Computerprogrammes Verwendung fanden. Untersucht werden neben linearen Polymerketten unterschiedliche Topolgien -Sternpolymere mit variabler Armzahl, Übergang von Sternpolymeren zu linearen Polymeren, Ketten mit variabler Zahl von Seitenketten, reguläre Dendrimere und hyperverzweigte Strukturen - in Abhängigkeit von der Lösungsmittelqualität. Es wird zunächst eine gründliche Analyse des verwendeten Simulationsmodells an sehr langen linearen Einzelketten vorgenommen. Die Skalierungseigenschaften der linearen Ketten werden untersucht in dem gesamten Lösungsmittelbereich vom guten Lösungsmittel bis hin zu weitgehend kollabierten Ketten im schlechten Lösungsmittel. Ein wichtiges Ergebnis dieser Arbeit ist die Bestätigung der Korrekturen zum Skalenverhalten des hydrodynamischen Radius Rh. Dieses Ergebnis war möglich aufgrund der großen gewählten Kettenlängen und der hohen Qualität der erhaltenen Daten in dieser Arbeit, insbesondere bei den linearen ketten, und es steht im Widerspruch zu vielen bisherigen Simulations-Studien und experimentellen Arbeiten. Diese Korrekturen zum Skalenverhalten wurden nicht nur für die linearen Ketten, sondern auch für Sternpolymere mit unterchiedlicher Armzahl gezeigt. Für lineare Ketten wird der Einfluß von Polydispersität untersucht.Es wird gezeigt, daß eine eindeutige Abbildung von Längenskalen zwischen Simulationsmodell und Experiment nicht möglich ist, da die zu diesem Zweck verwendete dimensionslose Größe eine zu schwache Abhängigkeit von der Polymerisation der Ketten besitzt. Ein Vergleich von Simulationsdaten mit industriellem Low-Density-Polyäthylen(LDPE) zeigt, daß LDPE in Form von stark verzweigten Ketten vorliegt.Für reguläre Dendrimere konnte ein hochgradiges Zurückfalten der Arme in die innere Kernregion nachgewiesen werden.

Hyperbranched polyglycerols as building blocks for complex amphiphilic structures: synthesis, characterization and applications

Among hyperbranched polymers, polyglycerol is one of the most promising and commonly used macromolecules due to its biocompatibility and versatility. However, the synthesis of high molecular weight polyglycerols still involves many intricacies and has only been understood to a limited extent. Furthermore, only few complex structures like star or block copolymers incorporating polyglycerol have been realized so far. Particularly biocompatible block copolymers are considered promising candidates for biomedical applications.rnThe scope of this thesis was the enhancement of the synthetic process leading to polyglycerol derivatives which implies improved molecular weight control for a broad molecular weight range as well as the assembly of more complex structures like amphiphilic block copolymers. Further insight into the relation between reaction solvent, degree of deprotonation during the ring-opening multibranching polymerization of glycidol and the characteristics of the obtained polymers were achieved within the scope of this work. Based on these results, a novel concept for the preparation of hyperbranched polyglycerols with molecular weights up to 20,000 g/mol was developed, applying a two step synthesis pathway. Starting from a partially deprotonated TMP core, low molecular weight hb-PGs were prepared using the known synthetic protocol that has been established since the late 1990ies. In a subsequent reaction sequence, these well defined polymers were used as hyperbranched macroinitiator cores in order to obtain high molecular weight hb-PGs with remarkably low polydispersity (Mw/Mn < 1.8). Molecular weight control was shown to be excellent and undesired low molecular weight side products were absent. Furthermore, the technique of continuous spin fractionation has been discovered as an efficient method for polyglycerol work-up to remove quantitatively residual monomer- and oligomer traces from hb-PG compositions to result in samples with significantly reduced polydispersities. Based on these results the synthesis of amphiphilic block copolymers containing hydrophilic hyperbranched polyglycerol blocks and linear, apolar poly(propylene oxide) blocks has been significantly improved and augmented to hb-PG-b-l-PPO-b-hb-PG ABA block copolymers. The influence of different polyglycerol-based amphiphiles on the fibril formation was studied by Thioflavin T Fluorescence showing remarkable increasing lag times which is promising in order to enhance the stability of this protein. In addition the first synthesis of poly(glyceryl glycerols) (PGG), introducing a new solketyl glycidyl ether monomer (IGG) was shown. It was furthermore demonstrated that core-functional carbosilane wedges allow application in block copolymer synthesis. Bisglycidolized amine functional polymers were successfully employed as macroinitiators for glycidol polymerization. This resulted in the first example of amphiphilic hyperbranched-hyperbranched polymer structures. Finally, it has been shown that the previously reported synthetic pathway to carboxylated hyperbranched polyglycerol polyelectrolytes can also be applied for the amphiphilic linear-hyperbranched block copolymers. These novel biocompatible and highly amphiphilic polyelectrolytes offer great potential for further investigations. rnrn

From defined polymer architectures to structure-property relationships in vivo

Makromolekulare Wirkstoffträgersysteme sind von starkem Interesse bezüglich der klinischen Anwendung chemotherapeutischer Agenzien. Um ihr klinisches Potential zu untersuchen ist es von besonderer Bedeutung das pharmakokinetische Profil in vivo zu bestimmen. Jede Veränderung der Polymerstruktur beeinflusst die Körperverteilung des entsprechenden Makromoleküls. Aufgrund dessen benötigt man detailliertes Wissen über Struktur-Eigenschaftsbeziehungen im lebenden Organismus, um das Nanocarrier System für zukünftige Anwendungen einzustellen. In dieser Beziehung stellt das präklinische Screening mittels radioaktiver Markierung und Positronen-Emissions-Tomographie eine nützliche Methode für schnelle sowie quantitative Beobachtung von Wirkstoffträgerkandidaten dar. Insbesondere poly(HPMA) und PEG sind im Arbeitsgebiet Polymer-basierter Therapeutika stark verbreitet und von ihnen abgeleitete Strukturen könnten neue Generationen in diesem Forschungsbereich bieten.rnDie vorliegende Arbeit beschreibt die erfolgreiche Synthese verschiedener HPMA und PEG basierter Polymer-Architekturen – Homopolymere, Statistische und Block copolymere – die mittels RAFT und Reaktivesterchemie durchgeführt wurde. Des Weiteren wurden die genannten Polymere mit Fluor-18 und Iod-131 radioaktiv markiert und mit Hilfe von microPET und ex vivo Biodistributionsstudien in tumortragenden Ratten biologisch evaluiert. Die Variation in Polymer-Architektur und darauffolgende Analyse in vivo resultierte in wichtige Schlussfolgerungen. Das hydrophile / lipophile Gleichgewicht hatte einen bedeutenden Einfluss auf das pharmakokinetische Profil, mit besten in vivo Eigenschaften (geringe Aufnahme in Leber und Milz sowie verlängerte Blutzirkulationszeit) für statistische HPMA-LMA copolymere mit steigendem hydrophoben Anteil. Außerdem zeigten Langzeitstudien mit Iod-131 eine verstärkte Retention von hochmolekularen, HPMA basierten statistischen Copolymeren im Tumorgewebe. Diese Beobachtung bestätigte den bekannten EPR-Effekt. Hinzukommend stellen Überstrukturbildung und damit Polymergröße Schlüsselfaktoren für effizientes Tumor-Targeting dar, da Polymerstrukturen über 200 nm in Durchmesser schnell vom MPS erkannt und vom Blutkreislauf eliminiert werden. Aufgrund dessen wurden die hier synthetisierten HPMA Block copolymere mit PEG Seitengruppen chemisch modifiziert, um eine Verminderung in Größe sowie eine Reduktion in Blutausscheidung zu induzieren. Dieser Ansatz führte zu einer erhöhten Tumoranreicherung im Walker 256 Karzinom Modell. Generell wird die Körperverteilung von HPMA und PEG basierten Polymeren stark durch die Polymer-Architektur sowie das Molekulargewicht beeinflusst. Außerdem hängt ihre Effizienz hinsichtlich Tumorbehandlung deutlich von den individuellen Charakteristika des einzelnen Tumors ab. Aufgrund dieser Beobachtungen betont die hier vorgestellte Dissertation die Notwendigkeit einer detaillierten Polymer-Charakterisierung, kombiniert mit präklinischem Screening, um polymere Wirkstoffträgersysteme für individualisierte Patienten-Therapie in der Zukunft maßzuschneidern.rn

Influence of curing rate on softening in ethanol, degree of conversion, and wear of resin composite

Purpose: To investigate the effect of curing rate on softening in ethanol, degree of conversion, and wear of resin composites. Methods: With a given energy density and for each of two different light-curing units (QTH or LED), the curing rate was reduced by modulating the curing mode. Thus, the irradiation of resin composite specimens (Filtek Z250, Tetric Ceram, Esthet-X) was performed in a continuous curing mode and in a pulse-delay curing mode. Wallace hardness was used to determine the softening of resin composite after storage in ethanol. Degree of conversion was determined by infrared spectroscopy (FTIR). Wear was assessed by a three-body test. Data were submitted to Levene`s test, one and three-way ANOVA, and Tukey HSD test (alpha= 0.05). Results: Immersion in ethanol, curing mode, and material all had significant effects on Wallace hardness. After ethanol storage, resin composites exposed to the pulse-delay curing mode were softer than resin composites exposed to continuous cure (P< 0.0001). Tetric Ceram was the softest material followed by Esthet-X and Filtek Z250 (P< 0.001). Only the restorative material had a significant effect on degree of conversion (P< 0.001): Esthet-X had the lowest degree of conversion followed by Filtek Z250 and Tetric Ceram. Curing mode (P= 0.007) and material (P< 0.001) had significant effect on wear. Higher wear resulted from the pulse-delay curing mode when compared to continuous curing, and Filtek Z250 showed the lowest wear followed by Esthet-X and Tetric Ceram. (Am J Dent 2011;24:115-118).

Microhardness of resin cements in the intraradicular environment: Effects of water storage and softening treament

Objectives. To analyze the microhardness of four dual-cure resin cements used for cementing fiber-reinforced posts under the following conditions: after 7 days of storage in water, after additional 24 h of immersion in 75% ethanol, and after 3 months of storage in water. Hardness measurements were taken at the cervical, middle and apical thirds along the cement line. Methods. Root canals of 40 bovine incisors were prepared for post space. Fibrekor (R) glass fiber-reinforced posts (Jeneric/Pentron) of 1 mm in diameter were cemented using Panavia F 2.0 (Kuraray), Variolink (Ivoclar-Vivadent), Rely X Unicem (3M ESPE) or Duolink (Bisco) (N = 10). After 7 days of water storage at 37 degrees C, half the sample (N = 5) was longitudinally sectioned and the initial microhardness measured along the cement line from cervical to apex. These same samples were further immersed in 75% ethanol for 24 h and reassessed. The remaining half (N = 5) was kept unsectioned in deionized water at 37 degrees C for 3 months, followed by sectioning and measuring. Data were analyzed by a series of two-way ANOVA and Tukey tests at alpha = 5%. Results. Statistically significant differences were identified among the cements, thirds and conditions. Significant interactions were also observed between cements and thirds and between cements and conditions. Panavia F exhibited significantly higher initial microhardness than the other three cements, which showed no statistical difference among themselves. Variolink and Duolink showed significantly higher microhardness values in the cervical third, without significant difference among the thirds for the other cements. Immersion in ethanol significantly reduced the hardness values for all cements, regardless of the thirds. Storage in water for 3 months had no influence on the hardness of most of the cements, with the exception of Unicem that showed a significant increase in the hardness values after this period. Results showed heterogeneity in the microhardness of the cements inside the canal. All cements presented some degree of softening after ethanol treatment, which suggests instability of the polymer. The quality of curing of resin cements in the root canal environment seems unpredictable and highly material dependent. (C) 2009 Academy of Dental Materials. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Noves aproximacions a la síntesi i caracterització de poliglicols al·lílics, polihidrosiloxans i surfactants copolimèrics. Avaluació d'aquests surfactants en formulacions de poliuretà

Els polímers són una sèrie de compostos que troben un ampli ventall d'aplicacions en la indústria actual. Un exemple són les espumes de poliuretà, estructures de tipus cel·lular obtingudes mitjançant la reacció química entre compostos de tipus isocianat i compostos de tipus poliol (polièters amb diferent nombre de grups hidroxil). És imprescindible l'ús d'additius d'estructura tensioactiva (surfactants de silicona) per estabilitzar el procés d'espumació i per proporcionar una estructura cel·lular ordenada i homogènia en mida i distribució. La síntesis i caracterització de les molècules precursores (polihidrosiloxans i polièters al·lílics), l'estudi de la reacció d'hidrosililació com a via d'obtenció dels diferents surfactants per reacció d'addició entre els polihidrosiloxans i els polièters al·lílics i la caracterització i avaluació en formulacions comercials de poliuretà dels surfactants sintetitzats han constituït els objectius del present treball. MEMÒRIA La Tesi Doctoral ha estat presentada seguint el següent esquema: CAPÍTOL I. INTRODUCCIÓ A LA QUÍMICA DEL POLIURETÀ. Es presenten els principis de la química del poliuretà, fent esment dels recents avenços en la síntesis i caracterització d'aquests compostos polimèrics, així com un apartat concret centrat en els surfactants de silicona. Es presenten les estructures habituals d'aquests compostos comercials i es detallen les reaccions de síntesi i les característiques físiques que aquests compostos proporcionen a les espumes de poliuretà. CAPÍTOL II. OBJECTIUS. 1.- Síntesis y caracterització d'una àmplia gamma de poliglicols al·lílics i de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, ambdós precursors d'estructures polimèriques de tipus surfactant. 2.- Estudi de la reacció d'hidrosililació com a via de formació d'enllaços Si-C no hidrolitzables, mitjançant la reacció d'addició entre els substrats al·lílics insaturats i els polisiloxans amb grups hidrur reactius. 3.- Caracterització de les estructures polimèriques de tipus surfactant sintetitzades i avaluació d'aquestes en formulacions de poliuretà, a fi de relacionar l'estructura química d'aquests oligómers amb els efectes físics que originen en l'espuma de poliuretà. CAPÍTOL III. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE SUBSTRATS AL·LÍLICS INSATURATS DE TIPUS POLIGLICOL. S'han caracteritzat per HPLC-UV una sèrie de polietilenglicols comercials. S'ha estudiat la reacció de derivatització al·lílica sobre els grups hidroxil dels polièters comercials (PEG, PPG i copolímers PEG-PPG) i s'han caracteritzat exhaustivament els productes sintetitzats (1H,13C-RMN, GC, GC-MS, FTIR, ESI-MS, HPLC-UV). S'ha iniciat un estudi de polimerització aniònica sobre nous epòxids amb un punt de diversitat molecular, sintetitzant-se i caracteritzant-se els corresponents nous polièters obtinguts. CAPÍTOL IV. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE POLIHIDROSILOXANS REACTIUS. S'estudia la síntesis de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, mitjançant la reacció de polimerització aniònica d'obertura d'anell ("AROP, anionic ring opening polimerization") i mitjançant la reacció de polimerització per equilibració catiònica. Es presenta una caracterització exhaustiva dels productes sintetitzats i es descriu la naturalesa de la microestructura polimèrica a partir de la distribució bivariant dels copolímers PDMS-co-PHMS (poli(dimetilsiloxà)-co-poli(hidrometilsiloxà)). CAPÍTOL V. ESTUDI SISTEMÀTIC DE LA REACCIÓ D'HIDROSILILACIÓ. S'ha estudiat la reacció d'hidrosililació amb la finalitat de sintetitzar estructures copolimèriques poliglicol-polisiloxà a partir de la reacció de polisiloxans hidrur reactius i polièters al·lílics. S'han provat diferents catalitzadors (Pt/C 5%, cat. de Speier i cat. de Karstedt), s'han sintetitzat diferents estructures tensoactives (lineals i ramificades) i s'ha modelitzat les diferents reaccions secundàries observades, per presentar un estudi mecanístic de la reacció d'hidrosililació aplicada a la síntesis de molècules d'elevat PM a partir de la reacció entre substrats al·lílics insaturats i polihidrosiloxans. CAPÍTOL VI. AVALUACIÓ DELS SURFACTANTS EN FORMULACIONS DE POLIURETÀ. S'ha estudiat la idoneïtat dels surfactants de silicona sintetitzats en diferents formulacions de poliuretà comercials. S'ha relacionat el comportament físic d'aquests surfactants en les espumes de poliuretà amb la seva estructura química a partir de l'anàlisi per microscòpia electrònica de rastreig. CAPÍTOL VII. CONCLUSIONS. S'han esposat les conclusions extretes de cada capítol.

Continuous and gradual photo-activation methods: influence on degree of conversion and crosslink density of composite resins

Thermal properties and degree of conversion (DC%) of two composite resins (microhybrid and nanocomposite) and two photo-activation methods (continuous and gradual) displayed by the light-emitting diode (LED) light-curing units (LCUs) were investigated in this study. Differential scanning calorimetry (DSC) thermal analysis technique was used to investigate the glass transition temperature (T(g)) and degradation temperature. The DC% was determined by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The results showed that the microhybrid composite resin presented the highest T(g) and degradation temperature values, i.e., the best thermal stability. Gradual photo-activation methods showed higher or similar T(g) and degradation temperature values when compared to continuous method. The Elipar Freelight 2 (TM) LCU showed the lowest T(g) values. With respect to the DC%, the photo-activation method did not influence the final conversion of composite resins. However, Elipar Freelight 2 (TM) LCU and microhybrid resin showed the lowest DC% values. Thus, the presented results suggest that gradual method photo-activation with LED LCUs provides adequate degree of conversion without promoting changes in the polymer chain of composite resins. However, the thermal properties and final conversion of composite resins can be influenced by the kind of composite resin and LCU.

A hybrid technology for parallel recording of single ion channels

Hybrid technologies, thanks to the convergence of integrated microelectronic devices and new class of microfluidic structures could open new perspectives to the way how nanoscale events are discovered, monitored and controlled. The key point of this thesis is to evaluate the impact of such an approach into applications of ion-channel High Throughput Screening (HTS)platforms. This approach offers promising opportunities for the development of new classes of sensitive, reliable and cheap sensors. There are numerous advantages of embedding microelectronic readout structures strictly coupled to sensing elements. On the one hand the signal-to-noise-ratio is increased as a result of scaling. On the other, the readout miniaturization allows organization of sensors into arrays, increasing the capability of the platform in terms of number of acquired data, as required in the HTS approach, to improve sensing accuracy and reliabiity. However, accurate interface design is required to establish efficient communication between ionic-based and electronic-based signals. The work made in this thesis will show a first example of a complete parallel readout system with single ion channel resolution, using a compact and scalable hybrid architecture suitable to be interfaced to large array of sensors, ensuring simultaneous signal recording and smart control of the signal-to-noise ratio and bandwidth trade off. More specifically, an array of microfluidic polymer structures, hosting artificial lipid bilayers blocks where single ion channel pores are embededed, is coupled with an array of ultra-low noise current amplifiers for signal amplification and data processing. As demonstrating working example, the platform was used to acquire ultra small currents derived by single non-covalent molecular binding between alpha-hemolysin pores and beta-cyclodextrin molecules in artificial lipid membranes.

Biomimetic bilayer membranes made from polymers and lipids

Amphiphile Blockcopolymere sind in der Lage in Wasser Morphologien auszubilden, die analog sind zur hydrophil-hydrophob-hydrophil-Struktur von natürlichen Lipiddoppelschichten. In dieser Arbeit wird zum ersten Mal die Präparation und Charakterisierung von oberflächengestützten Polymerdoppelschichten aus Polybutadien-b-Polyethylenoxid (PB-PEO) beschrieben. Für die Herstellung dieser Strukturen wurden zwei unterschiedliche Präparationsstrategien verfolgt. Der erste Weg besteht aus einer zweistufigen Methode, bei der im ersten Schritt organisierte Monoschichten mittels Langmuir-Blodgett-Transfer auf Gold übertragen und kovalent angebunden werden. Im zweiten Schritt werden hydrophobe Wechselwirkungen ausgenutzt, um über Langmuir-Schaefer-Transfer eine weitere Schicht aufzubringen. Somit wurden homogene Architekturen erzeugt, die oberflächengestützten Lipiddoppelschichten gleichen. Als alternativer, einstufiger Ansatz zur Herstellung von Polymerdoppelschichten wurde das Spreiten von Polymervesikeln auf Gold verfolgt. Auch hierdurch ließen sich Doppelschichtstrukturen mit einer vollständigen Oberflächenbedeckung erzeugen. Die hergestellten Polymerdoppelschichten besitzen eine Dicke von 11-14 nm, die von der Präparationsmethode abhängt. Die Polymerstrukturen weisen bei Trocknung für 1.5 h eine Stabilität gegenüber Luft auf. Bei längeren Trocknungszeiten von ca. 12 h kommt es zu einer Reorganisation der Oberfläche. Dies deutet darauf hin, dass Wasser dazu notwendig ist die Strukturen auf lange Sicht zu stabilisieren. Um die Biokompatibilität der Polymerschichten nachzuweisen, wurden die Wechselwirkungen mit dem membranaktiven Peptid Polymyxin B und dem Transmembranprotein α-Haemolysin gezeigt. Mobilität ist ein wichtiger Faktor für die korrekte Funktion vieler Transmembranproteine. Um die laterale Diffusionsdynamik innerhalb der künstlichen Strukturen zu untersuchen, wurde die Mobilität eines integralen Modellpeptids und von fluoreszierenden Membransonden gemessen. Es konnte mit einzelmolekülempfindlichen Techniken gezeigt werden, dass das α-helikale Peptid und die kleinen Fluoreszenzfarbstoffe frei im hydrophoben Kern der Polymerdoppelschicht diffundieren können. Die Diffusion von beiden Spezies scheint stark von der Fluidität der Polymermatrix beeinflusst zu sein. Ein weiterer Teil dieser Arbeit widmet sich der Entwicklung eines angemessenen, lipidbasierten Referenzsystems für zukünftige Proteinuntersuchungen. Hierzu wurde eine neue Methode zu Herstellung von peptidgestützten Lipiddoppelschichtmembranen entwickelt. Dies wurde durch kovalente Befestigung eines Thiopeptids an einen Goldfilm und darauffolgende Anbindung eines Lipids erreicht. Zur Ausbildung der Lipiddoppelschicht auf dem Lipopeptidunterbau wurder der Rapid Solvent Exchange verwendet. Die Ausbildung der Lipiddoppelschicht wurde sowohl auf microskopischer als auch auf makroskopischer Ebene nachgewiesen. Im letzten Schritt wurde die Anwendbarkeit des Modelsystems für elektrochemische Messungen durch den funktionalen Einbau des Ionentransporters Valinomycin unter Beweis gestellt.

Encapsulamento de solventes em nanotubos de haloisita para promoção de auto-reparo em polímeros

Micro cracking during service is a critical problem in polymer structures and polymer composite materials. Self-healing materials are able to repair micro cracks, thus their preventing propagation and catastrophic failure of structural components. One of the self-healing approaches presented in the literature involves the use of solvents which react with the polymer. The objective of this research is to investigate a procedure to encapsulate solvents in halloysite nanotubes to promote self-healing ability in epoxy. Healing is triggered by crack propagation through embedded nanotubes in the polymer, which then release the liquid sovent into the crack plane. Two solvents were considered in this work: dimethylsulfoxide (DMSO) and nitrobenzene. The nanotubes were coated using the layer-by-layer technique of oppositely charged polyelectrolytes: cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and sodium polyacrylate. Solvent encapsulation was verified by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR), analysis thermogravimetry (TGA), adsorption and desorption of nitrogen and scanning electron microscopy (SEM). The introduction of the solvent DMSO into the cavity of the nanotubes was confirmed by the techniques employed. However, was not verified with nitrobenzene only promoted clay aggregation. The results suggest that the CTAB reacted with the halloystite to form a sealing layer on the surface of the nanotubes, thus encapsulating the solvent, while this was not verified using sodium polyacrylate.