Detektion von Aminen auf Oberflächen mittels Zweiphotonen-Fluoreszenzmikroskopie

Reichstein, Simone Daniela Yvonne

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung der Zweiphotonen-Fluoreszenzmikroskopie in den Materialwissenschaften. Es werden funktionalisierte Oberflächen und Nanopartikeldispersionen untersucht. Im ersten Teil werden Aminogruppen, die durch einen Plasmaprozess auf polymerische Hohlfasermembrane aufgebracht wurden, visualisiert. Diese Membranen sollen als Plasmafilter in der Medizintechnik eingesetzt werden. Nach erfolgter Markierung der Aminogruppen mit einem Fluoreszenzfarbstoff kann gezeigt werden, dass sich die Zweiphotonen-Fluoreszenzmikroskopie gut eignet, um die Aminogruppenverteilung im porösen Probensubstrat dreidimensional ortsaufgelöst in Submikrometerauflösung zu bestimmen und somit Aussagen über die Aminogruppendichte und dessen Eindringtiefe zu treffen. Es wird deutlich, dass der Einsatz dieser Mikroskopieart bei der Optimierung des Plasmaprozesses hin zu einer hohen und homogen verteilten Aminogruppendichte beitragen kann, da die Einflüsse verschiedener Prozessparameter auf die Funktionalisierung sichtbar gemacht werden können. Im zweiten Teil wird diese Technik auf pöröse Mikromembranröhrchen, die aus Keramik gefertigt und mit aminogruppenhaltigen Substanzen funktionalisiert wurden, um später als Virenfilter in der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt werden zu können, übertragen. Auch hier zeigen sich die Vorteile der Zweiphotonen-Fluoreszenzikroskopie, die sich durch eine Kombination aus optischer Mikroskopie und Fluoreszenzspektrokopie auszeichnet. So können auch hier wichtige Informationen über die Substratstruktur und die Aminogruppenverteilung gewonnen werden. Im dritten Teil werden Anisotropiemessungen dazu verwendet die Wechselwirkungen zwischen stabilisierten Nanopartikeln und ihren Stabilisatormolekülen zu charakterisieren. Es ist möglich zwischen schwachen Wechselwirkungen, die die Beweglichkeit der Stabilisatoren nicht behindern und starken Wechselwirkungen, die zu einer großen Einschränkung der Beweglichkeit führen zu unterscheiden. Zusätzlich kann bei starken Wechselwirkugnen ein qualitativer Eindruck über die Partikelgröße und die Größenverteilung in einer Dispersion gewonnen werden.

The work presented here concentrates on the application of two photon fluorescence microscopy in the material sciences. It examines functionalized surfaces and nanoparticle dispersions. Part one describes the visualization of amino groups, which got applied to hollow fibre membranes using a plasma process. These membranes are to be used as plasma filters in medical engineering. The use of a fluorescence die as marker for the amino groups allows the two photon fluorescence microscopy to determine the three dimensional spatial sub-micrometre resolution of the amino group distribution in porouse substrates. This enables predictions about the density of the amino groups and their penetration depth into the substrate. It becomes obvious that the use of this manner of microscopy can contribute to a high and homogeneous distributed amino group density as the influence of different process parameters on the functionalization can be made visible. The second part proceeds to applying the above described technics to porouse microtubes especially prepared to be deployed as virus filters for drinking water. For this purpose they are made of ceramics and got functionalized with amino group containing substances. Also here the advantages of the two photon fluorescence microscopy as a combination of optical microscopy and additional chemical information from the fluorescence spectroscopy play off. It allows the collection of invaluable information about the structure of the substrate and the amino group distribution. The last part uses time resolved anisotropy measurements to characterize the interactions between stabilized nanoparticles and their stabilizer molecules. It is possible to distinguish between weak and strong interactions. While weak interactions have no effect on the mobility of the stabilizers, it becomes hugely restricted by strong interactions. The latter additionally allows a qualitative impression of the particle size and size distribution in nanoparticle dispersions.

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Reichstein, Simone Daniela Yvonne: Detektion von Aminen auf Oberflächen mittels Zweiphotonen-Fluoreszenzmikroskopie. 2015.

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