Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-7790
Main Title: IR-spektroskopische Charakterisierung von organisch-funktionalisierten Monolagen und Immobilisierung von Peptiden auf Silizium Oberflächen
Translated Title: IR-spectroscopic characterization of organic-functionalized monolayer and immobilization of peptides on silicon surfaces
Author(s): Borowski, Anne
Advisor(s): Rück-Braun, Karola
Referee(s): Rück-Braun, Karola
Unger, Wolfgang
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Das Interesse an der Entwicklung und Forschung von Biosensoren hat sich in den letzten Jahren stetig gesteigert. Die Verwendung von optischen, auf SOI (silicon-on-isulator) basierenden Sensoren, bietet die Möglichkeit Protein-Ligand-Wechselwirkungen auf ihre thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften zu untersuchen. Das Konzept von selbstassemblierten Monoschichten (SAMs) mit definierten organischen Molekülen erlaubt eine Feinabstimmung der Oberflächeneigenschaften, wodurch Voruntersuchungen auf oxidierten Si(100)-Oberflächen entwickelt und durchgeführt werden können. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit lag der Fokus auf der Herstellung von gut definierten organischen Monolagen auf oxidierten Si(100)-Oberflächen, die die Grundlage für eine erfolgreiche Immobilisierung von z.B. Peptiden, Proteinen oder photoschaltbaren Proben bietet. Eine Möglichkeit stellen Amin-terminierte Oberflächen dar, da hierüber andere funktionelle Gruppen (z.B. Maleimid- und Carboxy-Gruppen) eingefügt werden können. Darüber hinaus können Biomoleküle auch direkt an die Amin-Oberfläche gebunden werden. Die Immobilisierung von Peptiden an unterschiedlichen funktionellen Monoschichten wurde mittels verschiedener Methoden erarbeitet und erprobt. Dabei wurde besonderes Augenmerk auf eine milde Durchführung der Methoden gelegt, um letztendlich eine Verwendung in der Biosensorik zu ermöglichen. Ein weiteres interessantes Forschungsgebiet ist die Untersuchung von photoschaltbaren Biomolekülen. Dank dieser können biochemische Prozesse und die Wirkungsweisen verschiedener Krankheiten durch Einwirkung von Licht beobachtet und erforscht werden. Die Bestrahlung kann dazu führen, dass die Sekundärstruktur von Peptiden beeinflusst wird und auf diese Weise wichtige Rückschlüsse auf das Verhalten gezogen werden können. Aus diesem Grund lag der Schwerpunkt im zweiten Teil dieser Arbeit ebenfalls auf dem Aufbau von gut definierten organischen Monoschichten, die jedoch auf Wasserstoff-terminierten Si(111)-Oberflächen aufgebaut wurden. Als funktionelle Endgruppen kamen Carbonsäuren und Alkine zum Einsatz, die anschließend in einem on-Chip-Immobilisierungsprozess mit den Biomolekülen kovalent verknüpft wurden. Die zwei zu untersuchenden β-Hairpin-Peptide wurden im Arbeitskreis Rück-Braun hergestellt und charakterisiert. Anschließend wurden die Peptide mittels verschiedener Methoden an den Monoschichten immobilisiert. Die Bildung der selbstassemblierten Monolagen und ihre weitere Modifizierung wurden mittels ATR-FT-IR-Spektroskopie sowie Kontaktwinkel- und Ellipsometrie-Messungen charakterisiert und nachgewiesen. Die Struktur zweier Monoschichten und die Immobilisierung zweier Peptide wurden mit Hilfe eines Atomkraftmikroskops intensiver untersucht und visualisiert.
The interest in the development and research of biosensors has continuously increased over the last decade. The use of optical biosensors based on SOI (silicon-on-isolator) offers the possibility to study the protein-ligand interaction for their thermodynamic and kinetic properties. The concept of self-assembled monolayers coupled with well-defined organic molecules allows the fine-tuning of the surface properties. In this way preliminary investigations on oxidized Si(100) surfaces can be carried out. In the first part of this thesis, the focus was on the preparation of well-defined organic monolayers on oxidized Si(100) surfaces, which offers the basis for a successful immobilization of e.g. peptides, proteins or photoswitchable probes. One possibility are amine-terminated surfaces, hence other functional groups (e.g. maleimide- and carboxy-groups) can be inserted. In addition biomolecules can also be immobilized directly on the amine-terminated surface. The attachment of peptides on different functional monolayers was developed and verified by various methods. Special attention was put on the mild implementation of the methods in order to ultimately enable use in the biosensor. Another interesting area of research is the study of photoswitchable biomolecules. Thanks to this, biochemical processes and the modes of action of various diseases can be observed and investigated by the action of light. The irradiation can influence the secondary structure of peptides and in this way important conclusions regarding their behavior can be drawn. For this reason, the second part of this work also focused on the formation of well-defined organic monolayers, but these were based on hydrogen-terminated Si (111) surfaces. The functional end groups used were carboxylic acids and alkynes, which were covalently linked to the biomolecules in an on-chip-immobilization process. Two β-hairpin peptides were prepared and characterized in the workgroup of Prof. Dr. Rück-Braun. Subsequently, the peptides were immobilized by different methods to variable organic monolayers. The formation of self-assembled monolayers and their further modification were characterized and detected by using ATR-FT-IR-spectroscopy and contact angle- and ellipsometry measurements. The structure of two monolayers and the immobilization of two peptides were investigated and visualized more intensively with the use of an atomic force microscope.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de//handle/11303/8656
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-7790
Exam Date: 30-Nov-2018
Issue Date: 2018
Date Available: 11-Dec-2018
DDC Class: 547 Organische Chemie
Subject(s): IR-Spektroskopie
Siliziumoberflächen
3-Aminopropyltriethoxysilan
APTES
Peptidimmobilisierung
Sonogashira-Reaktion
IR-spectroscopy
silicon surfaces
3-Aminopropyltriethoxysilane
peptide-immobilization
Sonogashira-reaction
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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