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Mis lecture interfaces_introduction

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  • 1. Slide 1Mikrosysteme Interfaces GrundlagenGrundlagen Mikro- und NanosystemeMikro- und Nanosysteme Mikro- und Nanosysteme in der Umwelt, Biologie und MedizinMikro- und Nanosysteme in der Umwelt, Biologie und Medizin Interfaces, EinfhrungInterfaces, Einfhrung Dr. Marc R. DusseillerDr. Marc R. Dusseiller

2. Slide 2Mikrosysteme Interfaces InterfacesInterfaces Oberflchenchemie und -ladungOberflchenchemie und -ladung AdsorbtionsmechanismenAdsorbtionsmechanismen SAMsSAMs PolyelektrolytePolyelektrolyte ProteineProteine OberflchenanalytikOberflchenanalytik 3. Slide 3Mikrosysteme Interfaces Verfahren in der MikrosystemtechnikVerfahren in der Mikrosystemtechnik Vielfalt an Anwendungen erfordert vielzahl an VerfahrenVielfalt an Anwendungen erfordert vielzahl an Verfahren Surface functionalizationSurface functionalization 4. Slide 4Mikrosysteme Interfaces bersicht Oberflchenmodifikationenbersicht Oberflchenmodifikationen 5. Slide 5Mikrosysteme Interfaces Oberflchenchemie und -ladungOberflchenchemie und -ladung 6. Slide 6Mikrosysteme Interfaces OberflchenspannungOberflchenspannung 7. Slide 7Mikrosysteme Interfaces OberflchenchemieOberflchenchemie Tropfen auf OberflcheTropfen auf Oberflche 8. Slide 8Mikrosysteme Interfaces OberflchenchemieOberflchenchemie 9. Slide 9Mikrosysteme Interfaces OberflchenladungOberflchenladung Metalloberflchen haben immer eine Oxidschicht, die im wssrigenMetalloberflchen haben immer eine Oxidschicht, die im wssrigen Millieu Ladungen aufnimmtMillieu Ladungen aufnimmt 10. Slide 10Mikrosysteme Interfaces Elektrische DoppelschichtElektrische Doppelschicht Verteilung der Ladungstrger (Ionen) in der GrenzschichtVerteilung der Ladungstrger (Ionen) in der Grenzschicht 11. Slide 11Mikrosysteme Interfaces Elektrische DoppelschichtElektrische Doppelschicht nderung der Ladungsverteilung in der Grenzschichtnderung der Ladungsverteilung in der Grenzschicht 12. Slide 12Mikrosysteme Interfaces AdsorbtionsmechanismenAdsorbtionsmechanismen 13. Slide 13Mikrosysteme Interfaces Langmuir Adsorbtions IsothermeLangmuir Adsorbtions Isotherme http://de.wikipedia.org/wiki/Sorptionsisothermehttp://de.wikipedia.org/wiki/Sorptionsisotherme 14. Slide 14Mikrosysteme Interfaces OberflchenfuntionalisierungOberflchenfuntionalisierung 15. Slide 15Mikrosysteme Interfaces Self-assembled monolayers (SAMs)Self-assembled monolayers (SAMs) 16. Slide 16Mikrosysteme Interfaces Einflsse auf Self-Assembly von ThiolenEinflsse auf Self-Assembly von Thiolen 17. Slide 17Mikrosysteme Interfaces SAMs - AlkanethioleSAMs - Alkanethiole 18. Slide 18Mikrosysteme Interfaces SAMs - SilaneSAMs - Silane 19. Slide 19Mikrosysteme Interfaces Biofunktionalisierte SAMsBiofunktionalisierte SAMs 20. Slide 20Mikrosysteme Interfaces SAM PatterningSAM Patterning 21. Slide 21Mikrosysteme Interfaces PolyelektrolytePolyelektrolyte 22. Slide 22Mikrosysteme Interfaces Polyelektrolyte - BeispielPolyelektrolyte - Beispiel 23. Slide 23Mikrosysteme Interfaces Polyelektrolyte - AnwendungPolyelektrolyte - Anwendung Anwendung von PML fr Triggered Drug-Release SystemAnwendung von PML fr Triggered Drug-Release System 24. Slide 24Mikrosysteme Interfaces ProteinadsorbtionProteinadsorbtion Was sind ProteineWas sind Proteine ISF is a flat spherical molecule with dimensions of 45 x 40 x 25 25. Slide 25Mikrosysteme Interfaces ProteinadsorbtionProteinadsorbtion Wieso adsorbieren Proteine?Wieso adsorbieren Proteine? Hydrophobe WechselwirkungHydrophobe Wechselwirkung Weniger Interaktion mit WasserWeniger Interaktion mit Wasser Elektrostatische WechselwirkungElektrostatische Wechselwirkung Proteine und Oberflchen sind geladenProteine und Oberflchen sind geladen -- BindungBindung Kohlenstoff RingeKohlenstoff Ringe Ionenbrcken-BindungIonenbrcken-Bindung Mittels divalenter Metall-Ionen (CaMittels divalenter Metall-Ionen (Ca++++ , Zn, Zn++++ ...)...) StrkederInteraktion 26. Slide 26Mikrosysteme Interfaces Zeit- und LngenskalenZeit- und Lngenskalen 27. Slide 27Mikrosysteme Interfaces ProteinadsorbtionProteinadsorbtion Vroman EffektVroman Effekt Zuerst die kleinenZuerst die kleinen Dann die grossenDann die grossen 28. Slide 28Mikrosysteme Interfaces Brush Polymere PLL-g-PEGBrush Polymere PLL-g-PEG 29. Slide 29Mikrosysteme Interfaces Brush Polymere PLL-g-PEGBrush Polymere PLL-g-PEG OO22 Plasma Behandlung von PS or PDMSPlasma Behandlung von PS or PDMS PS: Oberflchenoxidation - negative charges (COOPS: Oberflchenoxidation - negative charges (COO-- )) PDMS: Glassartige Oberflche (SiOPDMS: Glassartige Oberflche (SiO22)) PLL-PLL-gg-PEG-PEG Poly(L-Lysine)Poly(L-Lysine) graftedgrafted Poly(Ethylene Glycol)Poly(Ethylene Glycol) self assembly auf negativ geladenen Oberflchenself assembly auf negativ geladenen Oberflchen Metalloxide, behandelte PolymereMetalloxide, behandelte Polymere resistent gegen Proteinadsorbtionresistent gegen Proteinadsorbtion funktionelle Gruppenfunktionelle Gruppen Peptidsequenzen (cont. RGD - integrin binding)Peptidsequenzen (cont. RGD - integrin binding) Spezifische Bindungsstellen (zb.PLL-Spezifische Bindungsstellen (zb.PLL-gg-PEG/biotin o.-PEG/biotin o. NTA)NTA) 30. Slide 30Mikrosysteme Interfaces NanoarchitekturNanoarchitektur Aufbau einer intelligenten Nanoarchitektur in einem Prozess mitAufbau einer intelligenten Nanoarchitektur in einem Prozess mit mehreren Schritten und hoher Selektivitt (DNA Hybridisierung)mehreren Schritten und hoher Selektivitt (DNA Hybridisierung) Passivierung (reduktion der unspezifischen Proteinadsorbtion)Passivierung (reduktion der unspezifischen Proteinadsorbtion) zwischen den Binding Sites (PEG-biotin) durch PEGzwischen den Binding Sites (PEG-biotin) durch PEG Vesicles aus Lipiden knnen heikle Membranproteine in derVesicles aus Lipiden knnen heikle Membranproteine in der Bilayerschicht enthalten oder Biomolekle in ihrem VolumenBilayerschicht enthalten oder Biomolekle in ihrem Volumen aufbewahrenaufbewahren 31. Slide 31Mikrosysteme Interfaces NanoarchitekturNanoarchitektur Andere Funktionalisierungsmethoden auf PEG BasisAndere Funktionalisierungsmethoden auf PEG Basis 32. Slide 32Mikrosysteme Interfaces SMAPSMAP Selective Molecular Assembly PatterningSelective Molecular Assembly Patterning Selektive Chemie auf OxidpatternsSelektive Chemie auf Oxidpatterns 33. Slide 33Mikrosysteme Interfaces OberflchenanalytikOberflchenanalytik 34. Slide 34Mikrosysteme Interfaces OberflchenanalytikOberflchenanalytik Chemisch / PhysikalischChemisch / Physikalisch XPS (XPS (Rntgenangeregte Photelektronenspektroskopie)Rntgenangeregte Photelektronenspektroskopie) Vakuum, Chemie der obersten nm (ca 5-15 nm)Vakuum, Chemie der obersten nm (ca 5-15 nm) AFMAFM (Raster-Kraft-Mikroskopie)(Raster-Kraft-Mikroskopie) Topography (Rauhigkeit), VerteilungTopography (Rauhigkeit), Verteilung SIMS, ToF-SIMSSIMS, ToF-SIMS (Sekundrionenmassenspektroskopie)(Sekundrionenmassenspektroskopie) Vakuum, Elementare Zusammensetzung, TiefenprofileVakuum, Elementare Zusammensetzung, Tiefenprofile KontaktwinkelKontaktwinkel Hydrophilizitt, SauberkeitHydrophilizitt, Sauberkeit Biologisch / FunktionalBiologisch / Funktional Optische MethodenOptische Methoden OWLS, SPR, EllipsometrieOWLS, SPR, Ellipsometrie Gravimetrische MethodenGravimetrische Methoden QCMQCM Labeling MethodenLabeling Methoden ELISAELISA Fluoreszenz MikroskopieFluoreszenz Mikroskopie ELISAELISA Enzyme-Linked ImmunoSorbent AssayEnzyme-Linked ImmunoSorbent Assay 35. Slide 35Mikrosysteme Interfaces OberflchenanalytikOberflchenanalytik AnwendungenAnwendungen GrundlagenforschungGrundlagenforschung Qualittskontrolle whrend der Produktion und EntwicklungQualittskontrolle whrend der Produktion und Entwicklung Beschichtungen, Verunreinigungen etc.Beschichtungen, Verunreinigungen etc. Untersuchen von Implantaten / Grenzeflche Material - KrperUntersuchen von Implantaten / Grenzeflche Material - Krper 36. Slide 36Mikrosysteme Interfaces FluoreszenzFluoreszenz Durch Absorbtion wird ein Elektron in einenDurch Absorbtion wird ein Elektron in einen energetisch hheren Zustand versetztenergetisch hheren Zustand versetzt Nach geringer Relaxation springt es zurckNach geringer Relaxation springt es zurck und emitiert ein Photon mit geringererund emitiert ein Photon mit geringerer Energie, dh. grsserer WellenlngeEnergie, dh. grsserer Wellenlnge Zeitskala ist sehr kurz bei FluoreszenzZeitskala ist sehr kurz bei Fluoreszenz Kann bei Atomen, Moleklen oderKann bei Atomen, Moleklen oder Nanopartikel vorkommenNanopartikel vorkommen Kann gebleicht werdenKann gebleicht werden 37. Slide 37Mikrosysteme Interfaces Fluoreszierende Marker / LabelsFluoreszierende Marker / Labels Es gibt eine Vielzahl an fluoreszierenden MoleklenEs gibt eine Vielzahl an fluoreszierenden Moleklen Ganz kleine zb. FITC (fluorescein)Ganz kleine zb. FITC (fluorescein) Ganze Proteine zb. GFP kannGanze Proteine zb. GFP kann in vivoin vivo benutzt werdenbenutzt werden (Green Fluorescent Protein)(Green Fluorescent Protein) Nanopartikel (Quantumdots)Nanopartikel (Quantumdots) Eigene Absorbtion/Emission CharakteristikEigene Absorbtion/Emission Charakteristik FITCFITC GFPGFP QDOTsQDOTs 38. Slide 38Mikrosysteme Interfaces OWLSOWLS Optical Waveguide Lightmode SpectroscopyOptical Waveguide Lightmode Spectroscopy 39. Slide 39Mikrosysteme Interfaces OWLSOWLS Optical Waveguide Lightmode SpectroscopyOptical Waveguide Lightmode Spectroscopy Evanescentes FeldEvanescentes Feld label-freelabel-free misst absolute Massemisst absolute Masse nur auf Waveguidesnur auf Waveguides 40. Slide 40Mikrosysteme Interfaces SPRSPR Surface Plasmon ResonanceSurface Plasmon Resonance Sehr sensitivSehr sensitiv label-freelabel-free imaging mglich (10imaging mglich (10 m Auflsung)m Auflsung) Nur auf Gold, DnnschichtNur auf Gold, Dnnschicht Biacore Life SciencesBiacore

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