Superauflösende Fluoreszenzmikroskopie von biohybriden Polymersystemen an der fest-flüssig Grenzfläche

  • Super-resolution fluorescence microscopy of bio-hybrid polymersystems at the solid-liquid interface

Hoppe Alvarez, Laura Rebecca; Wöll, Dominik (Thesis advisor); Simon, Ulrich (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Dissertation / PhD Thesis

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Abstract

Die vorgestellte Dissertation fand unter der Anleitung von Prof. Dr. Dominik Wöll an Institut für Physikalische Chemie der RWTH Aachen University im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 985 „Funktionelle Mikrogele und Mikrogelsysteme“ statt. Bei den hier vorgestellten Ergebnissen steht die Erforschung von Mikrogelen an der fest-flüssig-Grenzfläche, sowie die Analyse mittels fluoreszenzspektroskopischer Verfahren im Vordergrund. Im Laufe der Dissertation ist auch die automatisierte Datenanalyse durch die Entwicklung entsprechender Software und Algorithmen hinzugekommen. Eines der in dieser Arbeit vorgestellten SFB-Projekte beschäftigt sich mit dem Deformationsverhalten von Mikrogelen an der Oberfläche. Dabei wurde die Mikrogelkonformation auf Oberflächen unterschiedlicher Hydrophilie mittels moderner 3D Fluoreszenzmikroskopiemethoden untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine hydrophile Oberfläche das Lösungsmittel imitiert und das Mikrogel dadurch seine native, sphärische Struktur behält. Auf hydrophoben Oberflächen dagegen konnte die sogenannte „Spiegelei“-Konformation abgebildet werden. Die Deformation von Mikrogelen wurde weiterhin in Abhängigkeit der Depositionsmethode auf der Oberfläche untersucht. Die gängigen Labortechniken „drop-casting“, „spin-coating“, sowie Adsorption aus der Lösung wurden dafür verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass der Einfluss des Lösungsmittelverdampfens eine wichtige Rolle neben der Oberflächenhydrophilie einnimmt. Die Ergebnisse wurden ferner im Rahmen einer SFB-Kooperation mittels Computersimulationen verifiziert, und die Kompatibilität der existierenden theoretischen Modelle zur Mikrogeldeformation mit den empirischen Ergebnissen der hier vorgestellten Arbeit gezeigt. Weiterhin wurde in einem zweiten Projekt in einer Kooperation innerhalb des Sonderforschungsbereichs eine neue Methode zur Immobilisierung von Mikrogelen an ein definiertes Oberflächenmuster entwickelt. Hierfür wurden die bekannten Techniken der chemischen Elektronenstrahllithographie und der Photolithographie kombiniert. Die Forschungsergebnisse konnten zeigen, dass es möglich ist, DNA-funktionalisierte Mikrogele gezielt über DNA-Hybridisierung an ein Oberflächenmuster anzubringen. Durch die gewonnene Expertise im Bereich vernetzter Polymere an Oberflächen wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Kooperation mit dem Institut für Organische Chemie der RWTH Aachen University ins Leben gerufen. Es wurde eine neue Methode zum Strecken von DNA-Molekülen in thermoresponsiven Hydrogelen entwickelt. Dies erlaubt die Analyse von DNA-Proben in Hinblick auf (epi-)genetische Veränderungen durch fluoreszenzbasierte optische Kartierung (optical Mapping). Das zugrundeliegende Konzept zum Linearisieren von DNA-Molekülen wurde in Form eines Verfahrenspatents angemeldet, welches zum Zeitpunkt der Abgabe dieser Dissertation geprüft wird.

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