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type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Thome, Isabel
title: Influence of surface conditioning and morphology on biofouling
subjects: 540
divisions: 120300
adv_faculty: af-12
abstract: Biofouling, the undesired colonization of surfaces, is a major
problem for marine-related industries. To prevent unwanted effects caused by
biofouling, suitable non-toxic coatings for the marine environment are required.
Conditioning, i.e. the adsorption of proteins and macromolecules influences, as
surface chemistry and morphology do, the settlement of fouling oragnisms. Investigating
the temporal dynamics of conditioning film formation on functionalized
self assembled monolayers (SAMs), it was shown that the obtained film thickness
of about 10Å to 20Å is independent of the surface chemistry but differences
occur concerning the composition of these films. While on hydrophilic surfaces
more proteinaceous compounds are detectable, the hydrophobic surfaces show a
lower intensity of proteins. Furthermore, is was shown that in standard Ulva linza
spore settlement assays the influence of a molecular conditioning layer is likely
to be small, but by increasing pre-conditioning time this influence gains importance
and should be considered in long term experiments. Preconditioning also
resulted in detectable surface differences in field studies. It was found that preconditioned
samples which contain more proteinaceous compounds seem to be more
attractive for settlement. Experiments with matured laboratory biofilms formed
by Pseudomonas aeruginosa demonstrated that using a protein-rich medium results
in conditioning film formation. Conversely, surface conditioning is reduced
when a media containing a smaller amount of proteins is utilized. Furthermore,
it was observed that surface chemistry has no remarkable effect on the fraction
of inoculated bacteria that adhere to a surface.
Finally, inspired by the nanostructured skin of dolphins, electron-beam lithography
was utilized to create a honeycomb topography made of poly(N-isopropylacrylamide)
(PNIPAM). The evaluation showed that structures from 0.75 μm to
2.5 μm in diameter reduce Ulva settlement in comparison to a smooth PNIPAM
surface. It should be noted, that wet polymer structure heights in the range of
only 0.01 μm do have an effect on spores with a body size of around 5 μm.
abstract_translated_text: Biofouling, also die unerwünschte Besiedlung
von Oberflächen, stellt ein erhebliches Problem in der maritimen Industrie dar.
Um die durch den Bewuchs auftretenden unerwünschten Effekte zu unterbinden,
werden entsprechende umweltverträgliche Beschichtungen benötigt. Die Konditionierung,
d. h. die Adsorption von Proteinen und anderen Makromolekülen,
beeinflusst, wie auch die Oberflächenchemie und Morphologie, die Besiedlung
durch Fouling -Organismen. Mit der Erforschung des zeitlichen Ablaufs der Bildung
dieser Konditionierungsfilme auf selbst assemblierenden Monolagen (SAMs),
konnte gezeigt werden, dass die erhaltene Schichtdicke von ungefähr 10Å bis
20Å unabhängig von der Oberflächenchemie ist, sich die Filme aber in ihrer
Zusammensetzung unterscheiden. Während auf hydrophilen Oberflächen mehr
proteinöse Komponenten nachweisbar waren, zeigten hydrophobe Oberflächen
eine geringere Proteinintensität. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass in
Standard Ulva linza Besiedlungs-Assays der Einfluss eines molekularen Konditionierungsfilms
gering ist, aber dass durch Erhöhung der Inkubationszeit dieser
Einfluss immer drastischer wird und er desshalb bei der Planung von Langzeitexperimenten
dementsprechend berücksichtigt werden muss. Präkonditionierung
führte auch zu nachweisbaren Oberflächenunterschieden in Feldstudien. Es wurde
beobachtet, dass konditionierte Proben mit einem höheren Anteil an proteinösen
Komponenten attraktiver für die Besiedlung zu sein scheinen. Experimente mit
ausgeprägten Laborbiofilmen, die durch Pseudomonas aeruginosa gebildet werden,
zeigten, dass bei der Nutzung eines proteinreichen Mediums ein Konditionierungsfilm
gebildet wird. Im Gegensatz dazu war bei einem proteinärmeren
Medium eine geringere Konditionierung erkennbar. Zusätzlich wurde gezeigt,
dass die Oberflächenchemie keinen erheblichen Einfluss auf die an der Oberfläche
anhaftenden Bakterien hat.
Schließlich wurde Elektronenstrahllithographie verwendet um eine durch die nanostrukturierte
Haut von Delphinen inspirierte Bienenwabenstruktur bestehend aus
Poly(N-isopropylacrylamid) (PNIPAM) zu generiern. Die Auswertung zeigte,
dass Strukturen mit einer Größe von 0.75 μm bis 5 μm Durchmesser die Besiedlung
durch Ulva im Vergleich zu einer gleichmäßigen PNIPAM Oberfläche reduzieren.
Es ist bemerkenswert, dass eine Polymerstrukturhöhe im Bereich von nur 0.01 μm
die Besiedlung etwa 5 μm großer Sporenkörper beeinflusst.
abstract_translated_lang: ger
date: 2013
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00015176
ppn_swb: 1652931295
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-151766
date_accepted: 2013-05-31
advisor: HASH(0x564e1c3af8c8)
language: eng
bibsort: THOMEISABEINFLUENCEO2013
full_text_status: public
citation:   Thome, Isabel  (2013) Influence of surface conditioning and morphology on biofouling.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/15176/1/Dissertation_Isabel%20Thome.pdf