Autoren:	Bley, Karina
Titel:	Controlling local physico-chemical properties of colloidal particles and their self-assembled structures
Online-Publikationsdatum:	26-Apr-2017
Erscheinungsdatum:	2017
Sprache des Dokuments:	Englisch
Zusammenfassung/Abstract:	In this thesis the physico-chemical properties of colloids and their self-assembled structures are investigated in detail. The focus lies on the fundamental investigation of colloids, their interfacial behavior during self-assembly processes and the influence of the colloid´s local environment on the physico-chemical properties. A novel, versatile entrapment technique was developed to investigate colloids and their interfacial equilibrium position directly at the air-water interface. The entrapment enables to investigate the contact angle position ex situ in an scanning electron microscope (SEM), allowing determining local contact angles even for single nanoparticles. The crystallization of nanoparticles into highly crystalline close-packed architectures is well-understood. But as the structure of such colloidal monolayers is limited to hexagonal geometry new techniques have to be developed to create new and more complex architectures. Here, the amphiphile-driven self-assembly approach at the air-water interface of a Langmuir trough is introduced to create reproducibly network- or chainlike packing as well as colloidal assemblies with a pseudo-square lattice. This technique provides the advantage of not using any additional special equipment or pre-treated template substrates as it is commonly used to yield anisotropic self-assembly of colloids. The influence of polymer composition, concentration and manipulation of the electrostatic environment on the chain-like and square arrangements is investigated in detail. The self-assembly of colloids at the air-water interface is also used to create highly functional two-dimensional colloidal monolayers. The approach of the binary co-assembly of template and functional photoswitchable colloids into complex binary monolayers is used to create locally separated light-responsive nano-pixels as a model system for optical data storage application. Moreover, functional and trigger responsive nanoparticles are also useful for drug delivery applications in nanomedicine as presented in this work. By functionalization of nanoparticles with a pH responsive dye the path of nanoparticles or nanocapsules through cells can be monitored. Again, localized properties of the nanoparticles and their direct environment can be investigated in detail. Based on the results, drug carriers such as nanocapsules can be designed to release their payload at a distinct position inside the cell upon change of the pH value. In dieser Arbeit wurden die physiko-chemischen Eigenschaften von Kolloiden und ihren selbst-organisierenden Strukturen näher untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf der fundamentalen Untersuchung von Kolloiden, ihrem Grenzflächenverhalten während Selbstanordnungs-prozessen und den Einfluss der lokalen kolloidalen Umgebung auf physiko-chemische Eigenschaften. Es wurde eine neue, vielseitige Einbettungstechnik entwickelt, um Kolloide und ihre Gleichgewichtsposition direkt an der Wasser-Luft-Grenzfläche zu untersuchen. Diese Einbettungstechnik erlaubt es den Kontaktwinkel ex situ mithilfe von Raster-Kraft-Elektronenmikroskopie und sogar lokale Kontaktwinkel einzelner Kolloide zu ermitteln. Die Kristallisation von Nanopartikeln in dicht-gepackte Architekturen ist mittlerweile gut verstanden. Allerdings ist die Struktur solcher kolloidaler Monolagen auf hexagonale Anordnungen limitiert und so müssen neue Techniken entwickelt werden, um komplexere Strukturen zu erzeugen. In dieser Arbeit wird die Amphiphil-gesteuerte Selbstanordnungs-methode von Kolloiden an der Wasser-Luft-Grenzfläche eines Langmuir Trogs vorgestellt. Dabei können zuverlässig und reproduzierbar kettenförmige und pseudo-quadratische Strukturen hergestellt werden ohne spezielle zusätzliche Ausrüstung oder vorbehandelte Substrate zu verwenden. Der Einfluss der Polymer-Zusammensetzung, Konzentration und die Manipulation der elektrostatischen Umgebung der kettenförmigen und pseudo-quadratischen Strukturen wurden dabei näher untersucht. Die Selbstorganisation von Kolloiden an der Wasser-Luft Grenzfläche wird außerdem genutzt, um funktionelle zwei-dimensionale Kolloid Monolagen herzustellen. Hierbei wird die Co-Selbstanordnung von nicht-funktionellen Partikeln und foto-schaltbaren Kolloiden in komplexe binäre Monolagen genutzt, um lokal separierte durch Licht ansteuerbare Nano-Pixel als Modelsystem für optische Datenspeicherung zu erzeugen. Des Weiteren wird in dieser Arbeit ein Konzept vorgestellt, wie sensitive funktionelle Partikel im Bereich der Nanomedizin Verwendung finden können. Mit Hilfe von pH sensitivem Farbstoff markierte Partikel oder Nanokapseln können lokale Eigenschaften von Kolloiden und ihre nähere Umgebung sehr detailliert direkt in der Zelle analysiert werden. Basierend auf den Ergebnissen können Wirkstoffträger wie Nanokapseln so entwickelt werden, dass sie ihren Wirkstoff gezielt von pH Änderungen in bestimmten Regionen der Zelle freisetzen.
DDC-Sachgruppe:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Veröffentlichende Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Organisationseinheit:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Veröffentlichungsort:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3881
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000012697
Version:	Original work
Publikationstyp:	Dissertation
Nutzungsrechte:	Urheberrechtsschutz
Informationen zu den Nutzungsrechten:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Umfang:	x, 142 Seiten
Enthalten in den Sammlungen:	JGU-Publikationen