Mis lecture interfaces_introduction

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Mis lecture interfaces_introduction

  1. 1. Slide 1Mikrosysteme – Interfaces GrundlagenGrundlagen Mikro- und NanosystemeMikro- und Nanosysteme Mikro- und Nanosysteme in der Umwelt, Biologie und MedizinMikro- und Nanosysteme in der Umwelt, Biologie und Medizin Interfaces, EinführungInterfaces, Einführung Dr. Marc R. DusseillerDr. Marc R. Dusseiller
  2. 2. Slide 2Mikrosysteme – Interfaces InterfacesInterfaces Oberflächenchemie und -ladungOberflächenchemie und -ladung AdsorbtionsmechanismenAdsorbtionsmechanismen SAMsSAMs PolyelektrolytePolyelektrolyte ProteineProteine OberflächenanalytikOberflächenanalytik
  3. 3. Slide 3Mikrosysteme – Interfaces Verfahren in der MikrosystemtechnikVerfahren in der Mikrosystemtechnik Vielfalt an Anwendungen erfordert vielzahl an VerfahrenVielfalt an Anwendungen erfordert vielzahl an Verfahren Surface functionalizationSurface functionalization
  4. 4. Slide 4Mikrosysteme – Interfaces Übersicht OberflächenmodifikationenÜbersicht Oberflächenmodifikationen
  5. 5. Slide 5Mikrosysteme – Interfaces Oberflächenchemie und -ladungOberflächenchemie und -ladung
  6. 6. Slide 6Mikrosysteme – Interfaces OberflächenspannungOberflächenspannung
  7. 7. Slide 7Mikrosysteme – Interfaces OberflächenchemieOberflächenchemie Tropfen auf OberflächeTropfen auf Oberfläche
  8. 8. Slide 8Mikrosysteme – Interfaces OberflächenchemieOberflächenchemie
  9. 9. Slide 9Mikrosysteme – Interfaces OberflächenladungOberflächenladung Metalloberflächen haben immer eine Oxidschicht, die im wässrigenMetalloberflächen haben immer eine Oxidschicht, die im wässrigen Millieu Ladungen aufnimmtMillieu Ladungen aufnimmt
  10. 10. Slide 10Mikrosysteme – Interfaces Elektrische DoppelschichtElektrische Doppelschicht Verteilung der Ladungsträger (Ionen) in der GrenzschichtVerteilung der Ladungsträger (Ionen) in der Grenzschicht
  11. 11. Slide 11Mikrosysteme – Interfaces Elektrische DoppelschichtElektrische Doppelschicht Änderung der Ladungsverteilung in der GrenzschichtÄnderung der Ladungsverteilung in der Grenzschicht
  12. 12. Slide 12Mikrosysteme – Interfaces AdsorbtionsmechanismenAdsorbtionsmechanismen
  13. 13. Slide 13Mikrosysteme – Interfaces Langmuir Adsorbtions IsothermeLangmuir Adsorbtions Isotherme http://de.wikipedia.org/wiki/Sorptionsisothermehttp://de.wikipedia.org/wiki/Sorptionsisotherme
  14. 14. Slide 14Mikrosysteme – Interfaces OberflächenfuntionalisierungOberflächenfuntionalisierung
  15. 15. Slide 15Mikrosysteme – Interfaces Self-assembled monolayers (SAMs)Self-assembled monolayers (SAMs)
  16. 16. Slide 16Mikrosysteme – Interfaces Einflüsse auf Self-Assembly von ThiolenEinflüsse auf Self-Assembly von Thiolen
  17. 17. Slide 17Mikrosysteme – Interfaces SAMs - AlkanethioleSAMs - Alkanethiole
  18. 18. Slide 18Mikrosysteme – Interfaces SAMs - SilaneSAMs - Silane
  19. 19. Slide 19Mikrosysteme – Interfaces Biofunktionalisierte SAMsBiofunktionalisierte SAMs
  20. 20. Slide 20Mikrosysteme – Interfaces SAM PatterningSAM Patterning
  21. 21. Slide 21Mikrosysteme – Interfaces PolyelektrolytePolyelektrolyte
  22. 22. Slide 22Mikrosysteme – Interfaces Polyelektrolyte - BeispielPolyelektrolyte - Beispiel
  23. 23. Slide 23Mikrosysteme – Interfaces Polyelektrolyte - AnwendungPolyelektrolyte - Anwendung Anwendung von PML für Triggered Drug-Release SystemAnwendung von PML für Triggered Drug-Release System
  24. 24. Slide 24Mikrosysteme – Interfaces ProteinadsorbtionProteinadsorbtion Was sind ProteineWas sind Proteine ISF is a flat spherical molecule with dimensions of 45 x 40 x 25 Å
  25. 25. Slide 25Mikrosysteme – Interfaces ProteinadsorbtionProteinadsorbtion Wieso adsorbieren Proteine?Wieso adsorbieren Proteine? • Hydrophobe WechselwirkungHydrophobe Wechselwirkung Weniger Interaktion mit WasserWeniger Interaktion mit Wasser • Elektrostatische WechselwirkungElektrostatische Wechselwirkung Proteine und Oberflächen sind geladenProteine und Oberflächen sind geladen • ππ-- ππ BindungBindung Kohlenstoff RingeKohlenstoff Ringe • Ionenbrücken-BindungIonenbrücken-Bindung Mittels divalenter Metall-Ionen (CaMittels divalenter Metall-Ionen (Ca++++ , Zn, Zn++++ ...)...) StärkederInteraktion
  26. 26. Slide 26Mikrosysteme – Interfaces Zeit- und LängenskalenZeit- und Längenskalen
  27. 27. Slide 27Mikrosysteme – Interfaces ProteinadsorbtionProteinadsorbtion Vroman EffektVroman Effekt Zuerst die kleinenZuerst die kleinen Dann die grossenDann die grossen
  28. 28. Slide 28Mikrosysteme – Interfaces Brush Polymere – PLL-g-PEGBrush Polymere – PLL-g-PEG
  29. 29. Slide 29Mikrosysteme – Interfaces Brush Polymere – PLL-g-PEGBrush Polymere – PLL-g-PEG OO22 Plasma Behandlung von PS or PDMSPlasma Behandlung von PS or PDMS • PS: Oberflächenoxidation - negative charges (COOPS: Oberflächenoxidation - negative charges (COO-- )) • PDMS: Glassartige Oberfläche (SiOPDMS: Glassartige Oberfläche (SiO22)) PLL-PLL-gg-PEG-PEG Poly(L-Lysine)Poly(L-Lysine) graftedgrafted Poly(Ethylene Glycol)Poly(Ethylene Glycol) • self assembly auf negativ geladenen Oberflächenself assembly auf negativ geladenen Oberflächen Metalloxide, behandelte PolymereMetalloxide, behandelte Polymere • resistent gegen Proteinadsorbtionresistent gegen Proteinadsorbtion • funktionelle Gruppenfunktionelle Gruppen Peptidsequenzen (cont. RGD - integrin binding)Peptidsequenzen (cont. RGD - integrin binding) Spezifische Bindungsstellen (zb.PLL-Spezifische Bindungsstellen (zb.PLL-gg-PEG/biotin o.-PEG/biotin o. NTA)NTA)
  30. 30. Slide 30Mikrosysteme – Interfaces NanoarchitekturNanoarchitektur Aufbau einer intelligenten Nanoarchitektur in einem Prozess mitAufbau einer intelligenten Nanoarchitektur in einem Prozess mit mehreren Schritten und hoher Selektivität (DNA Hybridisierung)mehreren Schritten und hoher Selektivität (DNA Hybridisierung) Passivierung (reduktion der unspezifischen Proteinadsorbtion)Passivierung (reduktion der unspezifischen Proteinadsorbtion) zwischen den Binding Sites (PEG-biotin) durch PEGzwischen den Binding Sites (PEG-biotin) durch PEG Vesicles aus Lipiden können heikle Membranproteine in derVesicles aus Lipiden können heikle Membranproteine in der Bilayerschicht enthalten oder Biomoleküle in ihrem VolumenBilayerschicht enthalten oder Biomoleküle in ihrem Volumen aufbewahrenaufbewahren
  31. 31. Slide 31Mikrosysteme – Interfaces NanoarchitekturNanoarchitektur Andere Funktionalisierungsmethoden auf PEG BasisAndere Funktionalisierungsmethoden auf PEG Basis
  32. 32. Slide 32Mikrosysteme – Interfaces SMAPSMAP Selective Molecular Assembly PatterningSelective Molecular Assembly Patterning Selektive Chemie auf OxidpatternsSelektive Chemie auf Oxidpatterns
  33. 33. Slide 33Mikrosysteme – Interfaces OberflächenanalytikOberflächenanalytik
  34. 34. Slide 34Mikrosysteme – Interfaces OberflächenanalytikOberflächenanalytik Chemisch / PhysikalischChemisch / Physikalisch • XPS (XPS (Röntgenangeregte Photelektronenspektroskopie)Röntgenangeregte Photelektronenspektroskopie) Vakuum, Chemie der obersten nm (ca 5-15 nm)Vakuum, Chemie der obersten nm (ca 5-15 nm) • AFMAFM (Raster-Kraft-Mikroskopie)(Raster-Kraft-Mikroskopie) Topography (Rauhigkeit), VerteilungTopography (Rauhigkeit), Verteilung • SIMS, ToF-SIMSSIMS, ToF-SIMS (Sekundärionenmassenspektroskopie)(Sekundärionenmassenspektroskopie) Vakuum, Elementare Zusammensetzung, TiefenprofileVakuum, Elementare Zusammensetzung, Tiefenprofile • KontaktwinkelKontaktwinkel Hydrophilizität, SauberkeitHydrophilizität, Sauberkeit Biologisch / FunktionalBiologisch / Funktional • Optische MethodenOptische Methoden OWLS, SPR, EllipsometrieOWLS, SPR, Ellipsometrie • Gravimetrische MethodenGravimetrische Methoden QCMQCM • Labeling MethodenLabeling Methoden ELISAELISA Fluoreszenz MikroskopieFluoreszenz Mikroskopie ELISAELISA Enzyme-Linked ImmunoSorbent AssayEnzyme-Linked ImmunoSorbent Assay
  35. 35. Slide 35Mikrosysteme – Interfaces OberflächenanalytikOberflächenanalytik AnwendungenAnwendungen • GrundlagenforschungGrundlagenforschung • Qualitätskontrolle während der Produktion und EntwicklungQualitätskontrolle während der Produktion und Entwicklung Beschichtungen, Verunreinigungen etc.Beschichtungen, Verunreinigungen etc. • Untersuchen von Implantaten / Grenzefläche Material - KörperUntersuchen von Implantaten / Grenzefläche Material - Körper
  36. 36. Slide 36Mikrosysteme – Interfaces FluoreszenzFluoreszenz • Durch Absorbtion wird ein Elektron in einenDurch Absorbtion wird ein Elektron in einen energetisch höheren Zustand versetztenergetisch höheren Zustand versetzt • Nach geringer Relaxation springt es zurückNach geringer Relaxation springt es zurück und emitiert ein Photon mit geringererund emitiert ein Photon mit geringerer Energie, dh. grösserer WellenlängeEnergie, dh. grösserer Wellenlänge • Zeitskala ist sehr kurz bei FluoreszenzZeitskala ist sehr kurz bei Fluoreszenz • Kann bei Atomen, Molekülen oderKann bei Atomen, Molekülen oder Nanopartikel vorkommenNanopartikel vorkommen • Kann gebleicht werdenKann gebleicht werden
  37. 37. Slide 37Mikrosysteme – Interfaces Fluoreszierende Marker / LabelsFluoreszierende Marker / Labels Es gibt eine Vielzahl an fluoreszierenden MolekülenEs gibt eine Vielzahl an fluoreszierenden Molekülen • Ganz kleine zb. FITC (fluorescein)Ganz kleine zb. FITC (fluorescein) • Ganze Proteine zb. GFP kannGanze Proteine zb. GFP kann in vivoin vivo benutzt werdenbenutzt werden (Green Fluorescent Protein)(Green Fluorescent Protein) • Nanopartikel (Quantumdots)Nanopartikel (Quantumdots) Eigene Absorbtion/Emission CharakteristikEigene Absorbtion/Emission Charakteristik FITCFITC GFPGFP QDOTsQDOTs
  38. 38. Slide 38Mikrosysteme – Interfaces OWLSOWLS Optical Waveguide Lightmode SpectroscopyOptical Waveguide Lightmode Spectroscopy
  39. 39. Slide 39Mikrosysteme – Interfaces OWLSOWLS Optical Waveguide Lightmode SpectroscopyOptical Waveguide Lightmode Spectroscopy • Evanescentes FeldEvanescentes Feld • label-freelabel-free • misst absolute Massemisst absolute Masse • nur auf Waveguidesnur auf Waveguides
  40. 40. Slide 40Mikrosysteme – Interfaces SPRSPR Surface Plasmon ResonanceSurface Plasmon Resonance • Sehr sensitivSehr sensitiv • label-freelabel-free • imaging möglich (10imaging möglich (10 μμm Auflösung)m Auflösung) • Nur auf Gold, DünnschichtNur auf Gold, Dünnschicht • Biacore Life SciencesBiacore Life Sciences http://www.biacore.com/lifesciences/technology/introduction/data_interaction/index.htmlhttp://www.biacore.com/lifesciences/technology/introduction/data_interaction/index.html
  41. 41. Slide 41Mikrosysteme – Interfaces EllipsometrieEllipsometrie Analyse von der Reflektion von polarisiertem LichtAnalyse von der Reflektion von polarisiertem Licht • Optische Eigenschaften von Material und BeschichtungenOptische Eigenschaften von Material und Beschichtungen • Dicke von dünnen FilmenDicke von dünnen Filmen • Imaging möglich (2Imaging möglich (2 μμm Auflösung)m Auflösung) • Nur reflektierende OberflächenNur reflektierende Oberflächen • Planare OberflächenPlanare Oberflächen • ModelabhängigkeitModelabhängigkeit
  42. 42. Slide 42Mikrosysteme – Interfaces QCMQCM Quartz Crystal MicrobalanceQuartz Crystal Microbalance • Mechanische SchwingungMechanische Schwingung • EigenschwingungenEigenschwingungen • Dämfung durch AdsorbateDämfung durch Adsorbate
  43. 43. Slide 43Mikrosysteme – Interfaces Bio-SensorenBio-Sensoren BeispieleBeispiele • Oberflächenbasierte Bio-SensorenOberflächenbasierte Bio-Sensoren • Mikrosensoren in Lab-on-a-Chip devicesMikrosensoren in Lab-on-a-Chip devices • Analyse von MicroarraysAnalyse von Microarrays • Zell-basierte BiosensorenZell-basierte Biosensoren

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