Multifunktionale Mikrogel-DNA-Hybridsysteme

Hengsbach, Rebecca; Wöll, Dominik; Simon, Ulrich

doi:10.18154/RWTH-2023-06486

Multifunktionale Mikrogel-DNA-Hybridsysteme = Multifunctional microgel-DNA-hybrid systems

Hengsbach, Rebecca^RWTH*

2023

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Master of Science Rebecca Hengsbach

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2023

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Simon, Ulrich (Thesis advisor)^RWTH* ; Wöll, Dominik (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-06-06

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-06486
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/960882/files/960882.pdf

Einrichtungen

Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
DNA (frei) ; Immobilisierung (frei) ; Mikrogel (frei) ; Oberflächen (frei) ; Volumenphasenübergang (frei) ; regioselektive Funktionalisierung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wurden multifunktionale Mikrogel-DNA-Hybridsysteme hergestellt und untersucht. Die kovalente Bindung von DNA in Mikrogele führte zu einer Kombination der Eigenschaften, welche in biomedizinischen Anwendungen von großem Interesse ist. Im ersten Teil dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Einbringen der DNA in die Mikrogele zu einem veränderten Volumenphasenübergang führt, welcher mittels NMR-Untersuchungen analysiert wurde. Im Hinblick auf biomedizinische Anwendungen wurde der Phasenübergang in verschiedenen Konzentrationen an NaCl sowie in PBS untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der Phasenübergang in PBS im Bereich der Körpertemperatur liegt. Im zweiten Teil der Arbeit wurde eine regioselektive DNA-Funktionalisierung der Mikrogele im Inneren untersucht. Hierfür wurden Kern-Schale-Mikrogele hergestellt, bei denen die Kerne Disulfide enthielten, welche für die Funktionalisierung genutzt werden konnten. Eine Anpassung der Schalendicke wurde durch Variation der Synthese erzielt. Die Lokalisierung der Disulfide wurde mittels dSTORM gezeigt und die Lokalisierung der DNA-Funktionalisierung mittels DNA-PAINT nachgewiesen. In beiden Fällen konnte eine Lokalisierung der Farbstoffe im Inneren der Mikrogele gezeigt werden, welche jedoch nicht ausschließlich auf den Kern begrenzt war. Im dritten Teil der Arbeit wurden Substrate entwickelt, auf denen die gerichtete Immobilisierung DNA-funktionalisierter Mikrogele in ihrer nativen Struktur erfolgen sollte. Es wurden kommerziell erhältliche und eigene ITO-Substrate verglichen und eine Oberflächenfunktionalisierung mit 2-(4-Chlorosulfonylphenyl)-Ethyltrimethoxy-silan sowie eine oberflächengebundene Synthese eines vergleichbaren Silan-Derivates durchgeführt. Die Herstellung der ITO-Substrate sowie die oberflächengebundene Synthese des Silan-Derivates sollten optimiert werden und zeigten gute Ergebnisse. Eine lokale Farbstoffmarkierung innerhalb von Mustern, die über chemische Elektronenstrahllithografie vorgegeben wurden, war teilweise möglich. Eine gerichtete Immobilisierung der Mikrogele konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht erreicht werden.

Within this work multifunctional microgel-DNA-hybrid systems were created and investigated. The covalent binding of DNA inside of microgels leads to a combination of their properties which is of great interest regarding biomedical application. The first part of this work showed a changed volume phase transition of microgels by incorporation of the DNA. This was analyzed by NMR measurements. Regarding biomedical applications the phase transition was examined in different concentrations of NaCl as well as in PBS. It was shown that the phase transition is around body temperature in PBS. In the second part of this work a regioselective DNA functionalization of microgels in the inside was examined. For this core-shell microgels were created. The core microgels did contain disulfides, which were used for the DNA functionalization. An adjustment of the thickness of the shell was achieved by variation of the synthesis. The localization of the disulfides was shown via dSTORM and the localization of the DNA functionalization was examined via DNA-PAINT. In both cases a localization of the dyes was shown in the inner parts of the microgels but not restricted to the core only. In the third part of this work substrates for a targeted immobilization of DNA functionalized microgels in their native structure were developed. Commercially available and own ITO substrates were compared and 2-(4-chlorosulfonylphenyle)ethyltrimethoxy-silane as well as a comparable silane-derivate synthesized at the surface were used. The production of ITO substrates and the surface bound synthesis of the silane-derivate should have been optimized and showed nice results. A localized labeling with dyes inside of a pattern produced via chemical electron beam lithography was partially successful.

OpenAccess:
PDF
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