TY  - GEN
Y1  - 2015///
TI  - Hydratation und Antifouling-Oberflächen: Modellsysteme auf Basis zwitterionischer SAMs und Polysaccharide
AV  - public
ID  - heidok17960
UR  - https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/17960/
A1  - Bauer, Stella Valery
N2  - Der Bewuchs künstlicher Oberflächen im Kontakt mit Meerwasser, das marine Biofouling, stellt aufgrund seiner ökonomischen und ökologischen Folgen seit jeher ein Problem für die Marineindustrie dar. Aufgrund des Verbotes ehemals erfolgreicher aber hochtoxischer Biozide und einem zunehmenden Umweltbewusstsein ist die Entwicklung umweltverträglicher Beschichtungen, die die initiale Anlagerung der entsprechenden Organismen beeinflussen, in den Fokus der Forschung gerückt. Da die Adhäsionsprozesse der so genannten Fouler von einer großen Bandbreite an Oberflächen¬eigenschaften beeinflusst werden, macht man sich in diesem Zusammenhang Modellsysteme mit reduzierter Komplexität zunutze, um selektiv einzelne Variablen untersuchen zu können. Gegenstand dieser Arbeit war die Präparation und Charakterisierung stark hydratisierter Modelloberflächen und die biologische Evaluierung ihrer Fouling-Resistenz. Als biologische Modellsysteme wiederum dienten stellvertretende Spezies aus allen Stadien des komplexen Biofouling-Prozesses: Cobetia marina für marine, biofilm-bildende Bakterien; Diatomeen für die schleimbildenden Mikrofouler; Zoosporen der Grünalge Ulva linza für weiche Makrofouler und Cyprislarven der Seepocke Balanus amphitrite für die harten Makrofouler. Da im realen marinen Umfeld eine Vielzahl von Faktoren ineinander greifen, wurden außerdem Feldstudien durchgeführt, um einen Überblick über diese zu gewinnen.
Zwitterionische Substanzen werden aufgrund von elektrostatischen Wechselwirkungen der vorhandenen entgegengesetzten Ladungen hydratisiert. Um den Einfluss verschiedener Ladungen und ihrer Kombination auf die biologischen Modelsysteme näher zu analysieren, wurden selbst-assemblierende Monolagen (SAMs) aus Mischungen von Alkanthiolen mit unterschiedlichen geladenen Gruppen auf Gold präpariert. Die Adsorption von Testproteinen und die Anzahl adhärenter Organismen im Feldexperiment wurden durch die gleichzeitige Präsenz der entgegengesetzten Ladungsträger an unterschiedlichen Molekülen reduziert; die Ablösbarkeit der Kieselalgen erhöht. Zoosporen der Grünalge Ulva linza wiesen dagegen komplexere Adhäsionspräferenzen auf, die von der exakten Terminierung der Oberflächen abhingen.
Polysaccharide sind hydrophile Biopolymere, deren Hydratation über Wasserstoffbrückenbindungen zustande kommt. Drei strukturell leicht variierende Vertreter dieser Klasse, Alginsäure (AA), Hyaluronsäure (HA) und Chondroitinsulfat (CS), wurden kovalent auf Oberflächen immobilisiert und anschließend an ihren Säuregruppen mit einem fluorierten Amin modifiziert. Dadurch wurden einerseits freie Carboxylgruppen für die Wechselwirkung mit zweiwertigen Kationen blockiert und andererseits amphiphile Eigenschaften in den hydrophilen Polymernetzwerken etabliert. Die zugrundeliegende Hypothese, dass die verminderte Fähigkeit zur Komplexierung von Ca(II)-Ionen die inerten Eigenschaften der Polysaccharidfilme im marinen Medium verbessert, konnte für AA und HA für die Adhäsion von C. marina, das Besiedlungsverhalten von U. linza und B. amphitrite und im Feldversuch bestätigt werden. Entgegengesetzt dazu verfügte das sulfatierte Polysaccharid CS im unmodifizierten Zustand über bessere antiadhäsive Eigenschaften.
Als dritte Materialklasse wurden Poly(Hydroxyethylmethacrylat)-Filme, die ebenfalls durch ihr chemisches Grundgerüst eine wasserstoffbrückenbasierte Hydratation aufweisen, charakterisiert und bezüglich ihrer Proteinresistenz getestet. Für die durch oberflächeninitiierte RAFT-Polymerisation hergestellten Substrate wurde eine Schichtdickenabhängigkeit der Resistenzeigenschaften demonstriert.
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