Multiphotonen-Fluoreszenzmikroskopie an polymeren Systemen

Ehlers, Jan-Eric

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung von fluoreszenzmikroskopischen Analysemethoden auf polymere Systeme. Im ersten Teil der Arbeit werden Polymere nach Behandlung in einem DBD-Plasma auf durch den Plasmaprozess eingeführte Aminogruppen auf der Substratoberfläche untersucht. Neben ortselektiv behandelten Folien und Kompositen werden auch poröse Strukturen (Polymermembrane) und Textilfasern untersucht. Die Multiphotonen-Fluoreszenzmikroskopie eignet sich besonders gut, um die Aminogruppen dreidimensional ortsaufgelöst in Submikrometerauflösung zu vermessen. Es kann gezeigt werden, dass sich durch Doppellabeling primäre und sekundäre Aminogruppen simultan detektieren lassen. Durch Referenzmessungen wird erfolgreich die ortsaufgelöste absolute Dichte primärer und sekundärer Amine ermittelt. Außerdem können über Fluoreszenzanisotropiemessungen Aussagen über die molekulare Umgebung der Aminogruppen getroffen werden. Im zweiten Teil werden Hydrogele auf ihre Eignung als Drug Delivery System hin untersucht. Dabei sollen die eingeschlossenen therapeutischen Moleküle langsam durch Gelabbau kontrolliert und möglichst quantitativ freigesetzt werden. Zur Überprüfung wird Grün fluoreszierendes Protein (GFP) als Sensormolekül in das Hydrogel inkorporiert und bezüglich seiner Translations- und Rotationsdiffusion untersucht. Die Translation der GFP-Moleküle kann über die Methode des Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) bestimmt werden, die Rotationsdiffusion hingegen über Fluoreszenzanisotropiemessungen. Die Ergebnisse zur Rotationsdiffusion zeigen, dass nur eine mäßige Einschränkung der Rotationsmobilität aufgrund des Polymergehalts im Hydrogel zu beobachten ist und Adsorptionseffekte keine entscheidende Rolle spielen werden. Die Ergebnisse zur Translationsdiffusion machen deutlich, dass das GFP effektiv durch die Quervernetzung des verwendeten Polymers zum Hydrogel immobilisiert ist und damit fast ausschließlich über den Gelabbau freigesetzt wird.

This work deals with the application of fluorescence microscopic analytical methods on polymeric systems. The first part focuses on the investigation of amino groups on substrate surfaces which have been introduced by a DBD plasma process. Area-selective PP-foils and PP-composites are investigated as well as porous structures (polymer membranes) and textile fibers (PET, cotton). Multi-photon fluorescence microscopy is advantageous for three-dimensional investigation of amino groups with sub-micrometer resolution. It can be shown that with help of double labeling primary and secondary amines can be detected simultaneously. With help of reference measurements the spatially resolved absolute density of primary and secondary amino groups can be determined. Furthermore, fluorescence anisotropy experiments yield information on the molecular environment of the amino groups. The second part is occupied with investigation of hydrogels as drug delivery system. These hydrogels are supposed to enable a slow controlled and as possible quantitative release of incorporated therapeutic molecules. This is verified by incorporating green fluorescent protein (GFP) as reporter molecule and analysis of its translational and rotational diffusion behavior. The translational diffusion of GFP can be determined by means of fluorescence recovery after photobleaching (FRAP), the rotational diffusion is probed by fluorescence anisotropy experiments. The experiments of rotational diffusion show a moderate restriction of rotational mobility due to the polymer content of the hydrogels, adsorption effects do not play an essential role. The results of translational diffusion investigation reveal that GFP is effectively immobilized by polymer crosslinking in the hydrogel, hence the release is almost completely due to gel degradation.

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Ehlers, Jan-Eric: Multiphotonen-Fluoreszenzmikroskopie an polymeren Systemen. 2011.

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