Analyse und Charakterisierung von Nanomembranen und Adschichten
Dokumentinformationen
| Autor | Roland Hillmann |
| instructor | Prof. Dr. Dario Anselmetti |
| Schule | Bielefeld University |
| Fachrichtung | Physik |
| Dokumenttyp | dissertation |
| Veröffentlichungsjahr | 2019 |
| Ort | Bielefeld |
| Sprache | German |
| Seitenanzahl | 166 |
| Format | |
| Größe | 19.85 MB |
- Nanomembranen
- Adschichten
- Nanotechnologie
Zusammenfassung
I. Einleitung und Motivation
Die Analyse und Charakterisierung von Nanomembranen und Adschichten ist ein bedeutendes Forschungsfeld in der modernen Naturwissenschaft. Diese Dissertation untersucht die Eigenschaften und Anwendungen von synthetischen Membranen, die in Laboren und der Industrie für Filtration und Trennung verwendet werden. Die Motivation hinter dieser Arbeit liegt in der Notwendigkeit, die komplexen biophysikalischen Prozesse zu verstehen, die in der Natur vorkommen. Die Forschung zeigt, dass die Entwicklung von Nanomembranen nicht nur für wissenschaftliche Zwecke, sondern auch für praktische Anwendungen in der Technologie von großer Bedeutung ist. Die Dissertation zielt darauf ab, die Herstellung und Charakterisierung von freistehenden und substratgestützten Membranen zu etablieren, die nur wenige Moleküle dick sind. Diese Arbeit ist ein Schritt in Richtung der Entwicklung neuer Materialien, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden können.
1.1 Hintergrund und Theorie
Die Grundlagen der Nanomembranen und deren Herstellungstechniken werden eingehend behandelt. Die Dissertation beschreibt die Langmuir-Blodgett-Technik und die Montal-Mueller-Methode, die zur Herstellung von 2D-Nanomembranen verwendet werden. Diese Techniken ermöglichen die Untersuchung von Isothermen und die Übertragung von Monolagen auf Substrate. Die Verwendung von atomarer Kraftmikroskopie (AFM) und Helium-Ionen-Mikroskopie (HIM) zur Analyse der Membranen wird ebenfalls erläutert. Die Dissertation hebt hervor, dass die Selbstorganisation von photopolymerisierbaren Lipiden auf HOPG von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung stabiler Membranen ist. Diese Erkenntnisse sind für die zukünftige Forschung und Entwicklung von Nanomembranen von großer Bedeutung.
II. Materialien und Methoden
Die Dissertation beschreibt die verwendeten Materialien und Methoden zur Herstellung von Nanomembranen. Die Auswahl der Chemikalien und Materialien ist entscheidend für die Qualität der hergestellten Membranen. Die Langmuir-Blodgett-Tröge und die Verfahren zur Probenvorbereitung werden detailliert erläutert. Die Dissertation betont die Bedeutung der UV-polymerisierbaren Phospholipide für die Herstellung stabiler Membranen. Die experimentellen Setups, einschließlich der Schwarzen Lipidmembranen, werden beschrieben, um die elektrophysiologischen Eigenschaften der Membranen zu untersuchen. Diese Methodik ermöglicht es, die Ionendurchlässigkeit und die Kapazität der Membranen zu analysieren, was für die Entwicklung neuer Anwendungen in der Filtration und Trennung von Bedeutung ist.
2.1 Herstellung von freistehenden Lipidmembranen
Die Dissertation beschreibt die Verfahren zur Herstellung von freistehenden Lipidmembranen in einer Flüssigkeitskammer. Diese Membranen werden in einem wässrigen Umfeld untersucht, um die elektrophysiologischen Aufzeichnungen von Lipid-Doppelschichtmembranen zu ermöglichen. Die Messungen der freien Translokation von DNA-Fragmenten durch α-Hämolysin-Poren sind von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Membranleitfähigkeit. Die Ergebnisse zeigen, dass die spezifische Membrankapazität und die Leitfähigkeit von α-Hämolysin signifikante Werte aufweisen, die für zukünftige Anwendungen in der Biotechnologie und Medizin von Interesse sind.
III. Ergebnisse und Diskussion
Die Ergebnisse der Dissertation zeigen die Wirksamkeit der verwendeten Techniken zur Herstellung und Charakterisierung von Nanomembranen. Die Langmuir-Blodgett-Technik hat sich als effektiv erwiesen, um die gewünschten Eigenschaften der Membranen zu erreichen. Die Analyse der Oberflächenpressung-Fläche-Isothermen liefert wertvolle Informationen über die Stabilität und das Verhalten der Membranen. Die Dissertation diskutiert auch die UV-Polymerisation von Diacetyl-Lipiden und deren Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften der Membranen. Die Ergebnisse der AFM-Analysen zeigen, dass die Lipid-Adschichten eine hohe Stabilität aufweisen, was ihre Anwendung in der Nanotechnologie unterstützt. Die Dissertation schließt mit der Feststellung, dass die entwickelten Nanomembranen vielversprechende Anwendungen in der Filtration und Trennung bieten, insbesondere in der Umwelttechnik und der Medizin.
3.1 Praktische Anwendungen
Die praktischen Anwendungen der in dieser Dissertation untersuchten Nanomembranen sind vielfältig. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Membranen in der Wasseraufbereitung, der Medizin und der Biotechnologie eingesetzt werden können. Die Fähigkeit, spezifische Ionen durchzulassen, während andere zurückgehalten werden, eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Filtrationssystemen. Die Dissertation hebt hervor, dass die Ionendurchlässigkeit der Kohlenstoff-Nanomembranen (CNM) für die Entwicklung innovativer Technologien von entscheidender Bedeutung ist. Diese Technologien könnten in der Pharmaindustrie und in der Umwelttechnik Anwendung finden, um die Effizienz von Filtrationsprozessen zu verbessern.
Dokumentreferenz
- Langmuir-Blodgett Films (Roland Hillmann)
- Scanning Probe Microscopy (Roland Hillmann)
- Helium Ion Microscopy (Roland Hillmann)
- Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (Roland Hillmann)
- TPT Carbon Nanomembranes (Roland Hillmann)