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datestamp: 2006-12-13 14:31:57
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status_changed: 2012-08-14 15:20:16
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Selhuber, Christine
title: Biological Adhesion on Nanopatterned Substrates Studied with Force Spectroscopy and Microinterferometry
title_de: Untersuchung biologischer Adhäsionsprozesse auf nanostrukturierten Substraten mittels Kraftspektroskopie und Mikro-Interferometrie
ispublished: pub
subjects: ddc-530
divisions: i-120300
adv_faculty: af-13
keywords: adhesion , nanostructure , interference microscopy , force microscopy , cooperativity
cterms_swd: Adhäsion
cterms_swd: Zelladhäsion
cterms_swd: Nanostruktur
cterms_swd: Interferenzmikroskopie
cterms_swd: Kraftmikroskopie
cterms_swd: Kooperativität
abstract: For a physical understanding of adhesion, surfaces of defined adhesion properties are required. In this work, biofunctional nanopatterns were employed, which allow molecules to be positioned in a quasi-hexagonal lattice. For such an arrangement of streptavidin molecules the surface energy was analysed microinterferometrically. Furthermore, nanopatterns were used to investigate integrin-mediated cell adhesion, which is a highly complex biological process and essential for numerous cell functions. With nanopatterns the distance between adjacent single integrin binding sites is precisely defined. Recent cell culture experiments have revealed that this distance strongly affects cell adhesion, especially the formation of adhesion clusters, known as focal contacts. To quantify the adhesion cluster formation for different integrin binding site spacings, cell adhesion was studied at  different timescales using magnetic tweezers and atomic force microscopy (AFM). The experiments demonstrated that an integrin binding site spacing of 70 nm and more prevents the cooperative formation of early adhesion clusters in initial adhesion. In long-term adhesion studies, after several hours of cell adhesion, it turned out that focal contact formation cooperatively increases the local adhesion strength. The obtained results could be related to theoretical models and make an important contribution to the physical understanding of cell adhesion.
abstract_translated_text: Für ein physikalisches Verständnis von Adhäsionsprozessen sind Oberflächenstrukturen mit definierten Adhäsionseigenschaften vonnöten. In dieser Arbeit wurden biofunktionalisierte Nanostrukturen verwendet, welche eine quasi-hexagonale Anordnung von Molekülen ermöglichen. Die Oberflächenenergie einer solchen Anordnung von Streptavidinmolekülen wurde interferometrisch analysiert. Desweiteren wurden Nanostrukturen verwendet, um die integrinvermittelte Adhäsion von Zellen zu untersuchen. Diese Art der Adhäsion stellt einen hochkomplexen biologischen Prozess dar und ist essenziell für zahlreiche Zellfunktionen. Mit Hilfe von Nanostrukturen lässt sich der Abstand einzelner Integrinbindungsstellen präzise definieren. In Zellkulturexperimenten zeigte sich, dass dieser Abstand die Zelladhäsion nachhaltig beeinflusst, insbesondere die Bildung von Adhäsionsclustern, den sogenannten Fokalkontakten. Um die Adhäsionsclusterbildung bei verschiedenen Abständen von Integrinbindungsstellen zu erfassen, wurde im Rahmen dieser Arbeit die Zelladhäsion kraftspektroskopisch mit Hilfe einer magnetischen Pinzette und eines Rasterkraftmikroskops (AFM) für verschiedene Adhäsionszeiträume untersucht. Die Experimente zeigten, dass ein Abstand der Integrinbindungsstellen von 70 nm und mehr die kooperative Ausbildung von Adhäsionsclustern bereits in Kurzzeitadhäsionsprozessen erheblich einschränkt. In Langzeitadhäsionsstudien nach mehrstündiger Zelladhäsion stellte sich heraus, dass die Fokalkontaktbildung zu einer kooperativen Verstärkung der lokalen Adhäsionsstärke führt. Die gewonnen Resultate wurden mit theoretischen Modellen in Beziehung gesetzt und leisten einen wesentlichen Beitrag zum physikalischen Verständnis der Zelladhäsion.
abstract_translated_lang: ger
class_scheme: pacs
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date: 2006
date_type: published
id_scheme: DOI
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ppn_swb: 537914676
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-opus-70215
date_accepted: 2006-12-04
advisor: HASH(0x55e0f7e868f0)
language: eng
bibsort: SELHUBERCHBIOLOGICAL2006
full_text_status: public
citation:   Selhuber, Christine  (2006) Biological Adhesion on Nanopatterned Substrates Studied with Force Spectroscopy and Microinterferometry.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/7021/1/Dissertation_Selhuber.pdf