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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002186-8

Thermodynamische und röntgenografische Untersuchungen an Lipidmonoschischten und adsorbierten Polyelektrolyten

  • Ausgangspunkt aller Untersuchungen sind Langmuir-Monoschichten an der Wasser/Luftgrenzfläche. Denn mit diesen Monoschichten kann die Oberflächeladungsdichte eingestellt werden. Sie werden durch amphiphile Moleküle gebildet.Die hydrophoben Alkylketten sind zur Luftseite und die hydrophile Kopfgruppe zur Wasserseite orientiert.Die Phasen der Lipid- Monoschicht und die Belegungsdichte werden extern eingestellt. Die Lipid- Monoschicht kann je nach Anordnung der Alkylketten verschiedene unter- schiedliche Phasen zeigen. Um die adsorbierten Polyelekrolyte zu beschreiben zu können, benötigt man experimentelle Methoden, die in der Lage sind, Konformation und Be- legungsdichte von adsorbierten Polyelektrolyten an Oberflächen aufzulösen. Diese Strukturen, auf der Nanometerskala, werden mit Röntgenreflektion und Röntgendiffraktion unter streifendem Einfall untersucht.Die Strukturda- ten werden durch thermodynamische Untersuchungen ergänzt. Die Untersuchungen werden für elektrostatische Kräfte mit hoher Ampli- tude und langer Reichweite durchgeführt. Die Lösungen der Polyelektrolyte (c PSS = 0.01 mmol/L bezogen auf die Monomerkonzentration) sind so einge- stellt, dass eine fast vollständige Ladungskompensation (70-90%) stattfindet. Unter diesen Bedingungen adsorbieren PE entweder flach als 2-dimensionales Knäuel oder geordnet in einer 2-dimensionalen lamellaren Phase. Die Untersuchungen sollen herausfinden, welchen Einfluss die elektrostatische Wechselwirkung auf die Kettensteifigkeit von adsorbierten Polyelektrolyten,die durch die Persistenzlänge LP charakterisiert werden.So kann geklärt werden,ab welcher Konturlänge LK Polyelektrolyte nicht mehr stäbchenförmig sondern als 2-dimensionales Knäuel adsorbieren. Untersucht werden negativ geladene PSS (Polystyron Sulfonat) mit un- terschiedlichen Konturlängen LK.Diese adsorbieren an die positiv geladene DODA Lipid-Monoschicht (Dioctadeyldimethylammonium). Die Persistenzlänge LP für adsorbiertes PSS an DODA ist direkt aus den thermodynamischen Daten ermittelt worden. Als Funktion der Konturlänge LK wurde der Oberflächendruck π c sowie die erste Ableitung dπc /dT unter- sucht. Daraus läßt sich die Persistenzlänge des adsorbierten PSS LP ≈ 210 Å bestimmen. Die Oberflächenladungsdichte der Monoschicht wird durch die Kompression verdoppelt.Simultan wird der Abstand der Polyelektrolytketten dPE halbiert, so dass immer eine 70-90% Ladungskompensation erreicht wird. Es wird mit Röntgendiffraktion immer eine fache 2-dimensionale lamellare Phase der adsorbierten PSS Ketten detektiert.Hierbei bilden Konturlängen LK < 110 Å eine Ausnahme. Es wird keine 2-dimensionale lamellare Phase für geringe Oberflächenladungsdichte (LE Phase der Lipide) gefunden. Die Röntgenreflektion kann aber zeigen, dass PSS Ketten, unabhängig von der Konturlänge LK, immer flach an der Lipidmonoschicht adsorbieren. Wenn steife kurze Ketten (LK≤110Å<LP ) an der LC Phase der Lipid- Monoschicht adsorbieren, liegen sie aber in der 2-dimensionalen lamellare Phase. Der Übergang von der LE in die LC Phase der Lipid-Monoschichten erfolgt gleichzeitig mit dem Übergang von der ungeordneten flachen zur 2- dimensionalen lamellare Phase der adsorbierten kurzen PSS Ketten. Daher zeigt die Enthalpie ∆H des LE/LC Phasenübergangs ein Maximum bei L K =110 Å. Im nächsten Schritt wird die Elektrostatik zwischen der Lipid-Monoschicht und den Polyelektrolyte untersucht.Die maximale Oberflächenladungsdichte der Lipid-Monoschicht wird durch eine Mischung von geladenen DODA und ungeladenen DPPC (Dipalmitoylphosphatidylcholine) eingestellt. Röntgendiffraktionsmessungen zeigen bis zu einem DODA-Anteil von 75% die Ausbildung einer 2-dimensionalen lamellaren Phase an der LC Phase der Lipid-Monoschicht. Nimmt die maximale Oberflächenladungsdichte weiter ab, so wird keine Bildung der 2-dimensionalen lamellaren Phase beobachtet. Die Abnahme der maximalen Oberflächenladung führt zu einer niedrigen Belegungsdichte und so zu einem größerem Kettenabstand dPE. Die Linienladungsdichte wird durch unterschiedliches P−TrisAAx−rand−AMPS1−x auf 90% oder 50% verringert. Röntgendiffraktionsmessungen an PE mit unterschiedlichen Linienladungsdichten zeigen auch hier eine 2-dimensionale lamellare Phase. Die verringerte Linienladungsdichte erzwingt eine höhere Belegungsdichte um eine 70-90% Ladungskompensation zu erreichen. Dieses führt zu einem kleineren Kettenabstand dPE. Ein Grenzfall ist bei einer 50%-igen Linienladungsdichte zu beobachten. Dort konnte an der LC Phase der Lipid-Monoschicht keine 2-dimensionale lamellare Phase der PE beobachtet werden. Der Kettenabstand dPE ist so gering, dass er mit der Röntgendiffraktion nicht mehr aufgelöst werden kann.
  • The starting point of all investigations are Langmuir monolayers at the air / water interface. For these monolayers, the surface charge density can be adjusted. You are amphiphilic molecules gebildet.Die hydrophobic alkyl chains to the air side and the hydrophilic head group to the water side orientiert.Die phases of the lipid monolayer and the occupation density can be adjusted externally. The lipid monolayer, depending on the arrangement of the alkyl chains show several different phases. To be able to describe the adsorbed Polyelekrolyte, one needs experimental methods which are capable of loading and conformation of adsorbed polyelectrolyte on surfaces legungsdichte dissolve. These structures on the nanometer scale, be with X-ray diffraction and reflection at grazing incidence untersucht.Die structural data are supplemented by thermodynamic investigations. The tests are carried out tude and long-range electrostatic forces with high amplitude. The solutions of polyelectrolytes (PSS c = 0.01 mmol / L relative to the monomer) are set so that an almost complete charge compensation (70-90%) takes place. Under these conditions, PE adsorb either flat 2-dimensional clusters or arranged in a 2-dimensional lamellar phase. The tests will find out what influence the electrostatic interaction on the chain stiffness of adsorbed polyelectrolytes can werden.So characterized by the persistence length LP to be clarified from which contour length LK adsorbing polyelectrolytes no longer rod-shaped rather than 2-dimensional ball. Examines negatively charged PSS (Polystyron sulfonate) are with different contour lengths LK.Diese adsorb to the positively charged lipid DODA monolayer (Dioctadeyldimethylammonium). The persistence length LP for adsorbed PSS to DODA has been directly determined from the thermodynamic data. As a function of the contour length LK is the surface pressure π c as well as the first derivative dπc / dT investigated. From this the persistence length of the adsorbed PSS LP ≈ 210 Å determined. The surface charge density of the monolayer is the distance of the polyelectrolyte chains DPE is verdoppelt.Simultan by the compression halved, so getting a 70-90% charge compensation is achieved. There is always a multiple X-ray diffraction with 2-dimensional lamellar phase of the adsorbed PSS chains detektiert.Hierbei form contour length LK <110 Å an exception. It is found any 2-dimensional lamellar phase for low surface charge density (LE phase of lipids). The X-ray reflection, however, can show that PSS chains, regardless of the contour length LK, always flat adsorb on the lipid monolayer. If rigid short chains (LK≤110Å <LP) adsorb on the LC phase of the lipid monolayer, but they are in the 2-dimensional lamellar phase. The transition from the LE in the LC phase of the lipid monolayers at the same time with the transition from the disordered to the flat 2-dimensional lamellar phase of the adsorbed PSS short chains. Therefore, the enthalpy AH shows the LE / LC phase transition a maximum at LK = 110 Å. In the next step, the electrostatics between the lipid monolayer and the polyelectrolytes untersucht.Die maximum surface charge density of the lipid monolayer is adjusted by a mixture of charged and uncharged DODA DPPC (Dipalmitoylphosphatidylcholine). Röntgendiffraktionsmessungen show up to a DODA 75% share of the formation of a 2-dimensional lamellar phase at the LC phase of the lipid monolayer. Takes the maximum surface charge density decreases further, no formation of 2-dimensional lamellar phase is observed. The decrease in the maximum surface charge resulting in a low loading density and thus a larger chain gap DPE. The line charge density is P-TrisAAx Edge-X reduced by different AMPS1 to 90% or 50%. Röntgendiffraktionsmessungen to PE with different line charge densities also show a 2-dimensional lamellar phase. The reduced line charge density forces a higher occupancy density around a 70-90% charge compensation to achieve. This leads to a smaller chain gap DPE. A borderline case is observed in a 50% charge density line. There is no 2-dimensional lamellar phase of PE could be observed at the LC phase of the lipid monolayer. The DPE chain gap is so small that it can not be resolved by X-ray diffraction.

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Metadaten
Author: Thomas Ortmann
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002186-8
Title Additional (German):Thermodynamische und röntgenografische Untersuchungen an Lipidmonoschichten und adsorbierten Polyelektrolyten
Title Additional (English):Thermodynamic and X-ray studies of lipid monolayer and adsorbed polyelectrolytes
Advisor:Prof. Dr. Christiane A. Helm
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2015/03/17
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2015/03/13
Release Date:2015/03/17
GND Keyword:Lipide, Monoschicht, Polyelektrolyt
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 530 Physik