Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-2305
Authors: Raccis, Riccardo
Title: Characterization of structure and dynamics of submicrometric systems via fluorescence correlation spectroscopy
Online publication date: 17-Dec-2010
Language: english
Abstract: The presented thesis revolves around the study of thermally-responsive PNIPAAm-based hydrogels in water/based environments, as studied by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS).rnThe goal of the project was the engineering of PNIPAAm gels into biosensors. Specifically, a gamma of such gels were both investigated concerning their dynamics and structure at the nanometer scale, and their performance in retaining bound bodies upon thermal collapse (which PNIPAAm undergoes upon heating above 32 ºC).rnFCS’s requirements, as a technique, match the limitations imposed by the system. Namely, the need to intimately probe a system in a solvent, which was also fragile and easy to alter. FCS, on the other hand, both requires a fluid environment to work, and is based on the observation of diffusion of fluorescents at nanomolar concentrations. FCS was applied to probe the hydrogels on the nanometer size with minimal invasivity.rnVariables in the gels were addressed in the project including crosslinking degree; structural changes during thermal collapse; behavior in different buffers; the possibility of decreasing the degree of inhomogeneity; behavior of differently sized probes; and the effectiveness of antibody functionalization upon thermal collapse.rnThe evidenced results included the heightening of structural inhomogeneities during thermal collapse and under different buffer conditions; the use of annealing to decrease the inhomogeneity degree; the use of differently sized probes to address different length scale of the gel; and the successful functionalization before and after collapse.rnThe thesis also addresses two side projects, also carried forward via FCS. One, diffusion in inverse opals, produced a predictive simulation model for diffusion of bodies in confined systems as dependent on the bodies’ size versus the characteristic sizes of the system. The other was the observation of interaction of bodies of opposite charge in a water solution, resulting in a phenomenological theory and an evaluation method for both the average residence time of the different bodies together, and their attachment likelihood.
Die Dissertation beschäftigt sich mit dem Studium thermisch ansprechbarer, auf PNIPAAm-basierender Hydrogele in einer wässrigen Umgebung. Die dabei durchgeführten Untersuchungen fanden mit Hilfe der Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) statt.rnDas Ziel dieses Projektes war die Implementierung von PNIPAAm-Gelen in Biosensoren. Hierbei wurde insbesondere eine Serie dieser Gele im Hinblick auf ihre dynamischen und strukturellen Eigenschaften auf der Nanometer-Skala und ihre Fähigkeit, angebundene Korpuskel im Falle des thermischen Kollapses festzuhalten, untersucht. Diesen durchläuft PNIPAAm im Falle einer Erwärmung über 32 °C.rnDie Anforderungen an FCS als Technik entsprechen hierbei den durch das System verhängten Einschränkungen, das heißt die exakte Untersuchung eines Systems in einem Lösungsmittel, welches sowohl empfindlich als auch leicht veränderbar ist. Auf der anderen Seite benötigt FCS eine flüssige Umgebung zum Arbeiten und basiert auf der Beobachtung der Diffusion fluoreszierender Partikel in einer nanomolaren Konzentration. FCS wurde somit angewandt, um Hydrogele auf einer Nanometerskala minimalinvasiv zu untersuchen.rnDie im Verlauf des Projektes adressierten Variablen beinhalteten unter anderem den Grad der Vernetzung, strukturelle Veränderungen und die Effektivität einer Antikörper-Funktionalisierung im Falle des thermischen Kollapses, das Verringern der Heterogenität und das Verhalten in unterschiedlichen Puffern und bei Verwendung unterschiedlich großer Probekörper.rnDie Ergebnisse zeigen die Erhöhung der strukturellen Heterogenität während des thermische Kollapses und unter verschiedenen Pufferbedingungen, den Nutzen höherer Temperaturen während der Darstellung zur Verringerung der Heterogenität, die Verwendung verschieden großer Probekörper, um unterschiedliche Längenskalen des Gels anzusprechen und die erfolgreiche Funktionalisierung vor und nach dem thermischen Kollaps.rnDiese Dissertation geht des Weiteren auf zwei Nebenprojekte ein, welche ebenfalls mit FCS durchgeführt wurden. Zum einen führte die Beobachtung der Diffusion in inversen Opalen zu einem Simulationsmodell für die Diffusion von Korpuskeln in begrenzten Systemen, welche vom Verhältnis des Körpergröße zu den charakteristischen Dimensionen des Systems abhängt. Zum anderen beschäftigte sich das zweite Nebenprojekt mit der Wechselbeziehung zwischen Korpuskeln unterschiedlicher Ladung in einer wässrigen Lösung. Dies führte zu einer phänomenologischen Theorie und einer Auswertungsmethode für die durchschnittliche gemeinsame Verweildauer verschieden großer Korpuskel und die Wahrscheinlichkeit ihrer gegenseitigen Anlagerung.
DDC: 530 Physik
530 Physics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-2305
URN: urn:nbn:de:hebis:77-25398
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 183 S.
Appears in collections:JGU-Publikationen

Files in This Item:
  File Description SizeFormat
Thumbnail
2539.pdf8.05 MBAdobe PDFView/Open