This dissertation describes the electrochemical synthesis of conducting polypyrrole (PPy), poly(N-methylpyrrole) (PNMPy), poly(3-methylpyrrole) (P3MPy), poly(pyrrole-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(Py-β-DMCD), poly(N-methylpyrrole-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(NMPy-β-DMCD) and poly(3-methylpyrrole-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(3MPy-β-DMCD) films by electrode potential cycling on a gold electrode in aqueous and nonaqueous (acetonitrile) electrolyte solutions containing lithium perchlorate. The resulting products were characterized by cyclic voltammetry, in situ UV-Vis spectroscopy, ex situ FT-IR spectroscopy, in situ surface enhanced Raman scattering (SERS) and in situ resistance measurements. For electrosynthesis of polymers in the presence of cyclodextrin, a (1:1) (mole-mole) compounds (host-guest-complex) of β-DMCD with Py, NMPy and 3MPy, respectively; previously characterized with proton NMR spectroscopy was used as starting material. Different cyclic voltammetric behavior was observed for polymers in aqueous and nonaqueous solutions during electrosynthesis. The results show that in nonaqueous solutions the oxidation potential of Py, NMPy and 3MPy monomers increases in the presence of cyclodextrin. The same results were observed for P(Py-β-DMCD) and P(NMPy-β-DMCD) in aqueous solution. The slight shift of the oxidation peak for polymers in the presence of cyclodextrin (CD) compared to polymers in absence of CD may be a result of the hydrophobic monomer partly or entirely included in the CD hydrophobic interior cavity. In situ resistance measurements of the PPy and PNMPy show that films prepared in acetonitrile solution have less resistance than those synthesized in aqueous solutions. Meanwhile, the results show that the resistance of the polymer increased in the following order PPy < P3MPy < PNMPy and P(Py-β-DMCD) < P(3MPy-β-DMCD) < P(NMPy-β-DMCD). The FT-IR spectroscopy was used to identify the polymers and to find evidence for the presence of the CD in the material. The spectra suggests no CD incorporation in the P(Py-β-DMCD) and P(NMPy-β-DMCD) films. In situ UV-Vis spectroscopy and in situ SERS measurements for the study of the structure and properties of electronically conducting PPy, PNMPy, P3MPy, P(Py-β-DMCD), P(NMPy-β-DMCD) and P(3MPy-β-DMCD) were carried out in two different media. The in situ SERS spectra of polymers deposited on the roughened gold substrate with ORC (oxidation-reduction cycle) pre-treatment indicated both a marked increase in intensity and a better resolution. / Diese Dissertation beschreibt die elektrochemische Synthese von leitfähigem Polypyrrol (PPy), Poly-N-Methylpyrrol (PNMPy), Poly(3-Methylpyrrol) (P3MPy), Poly(Pyrrol-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(Py-β-DMCD), Poly(N-Methylpyrrol-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(NMPy-β-DMCD) und Poly(3-Methylpyrrol-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(3MPy-β-DMCD) auf einer Goldelektrode durch Potentialzyklen in wässrigen und nichtwässrigen (Acetonitril) Elektrolytlösungen mit Lithiumperchlorat als Leitsalz. Die erhaltenen Stoffe wurden mit zyklischer Voltammetrie, in situ UV-Vis-Spektroskopie, ex situ FT-IR Spektroskopie, in situ oberflächen verstärkter Ramanspektroskopie (SERS) und in situ Widerstandmessungen charakterisiert. Für die Elektrosynthese der Polymere in Gegenwart von Cyclodextrin wurden 1:1 (Molverhältnis) Verbindungen (Wirt-Gast-Komplex) von β-DMCD mit Py, NMPy und 3MPy resp., charakterisiert mit Proton-NMR-Spektroskopie, als Ausgangsmaterial eingesetzt. Die zyklischen Voltammogramme ergaben unterschiedliches Verhalten der Polymere in wässrigen und nichtwässrigen Lösungen während der Elektrosynthese. Die Ergebnisse zeigen, dass sich in nichtwässrigen Lösungen das Oxidationspotenzial von Py, NMPy und 3MPy-Monomeren bei Anwesenheit von Cyclodextrin erhöht. Dieselben Resultate ergaben sich für P(Py-β-DMCD) und P(NMPy-β-DMCD) in wässriger Lösung. Die leichte Verschiebung des Oxidationspeaks der Polymere bei Anwesenheit von Cyclodextrin (CD) verglichen mit den Polymeren bei Abwesenheit von CD könnte das Resultat der teilweise oder vollständig im hydrophoben Hohlraum der CD eingeschlossenen hydrophoben Monomere sein. In situ Leitfähigkeitsmessungen von PPy und PNMPy zeigen, dass Filme, die in Acetonitrillösungen hergestellt wurden besser leitfähig sind als die Filme, die in wässrigen Lösungen hergestellt wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass der Widerstand der Polymere in der folgenden Reihenfolge steigt: PPy < P3MPy < PNMPy and P(Py-β-DMCD) < P(3MPy-β-DMCD) < P(NMPy-β-DMCD). Die FT-IR-Spektroskopie wurde verwendet die Polymere zu identifizieren und die Anwesenheit der CD in das Material. Die Spektren schlägt vor, keine CD-Aufnahme in den P (Py-β-DMCD) und P (NMPy-β-DMCD) Filme. In situ UV-Vis- und in situ SERS-Messungen zur Untersuchung der Struktur und der Eigenschaften der elektronisch leitfähigen PPy, PNMPy, P3MPy, P(Py-β-DMCD), P(NMPy-β-DMCD) and P(3MPy-β-DMCD) wurden in 2 verschiedenen Medien durchgeführt. Die in situ SERS-Spektren der Polymere, abgeschieden auf aufgerauhter Goldoberfläche und Substrat durch ORC (Oxidations-Reduktions-Zyklus) –Vorbehandlung zeigten sowohl eine deutliche Erhöhung der Intensität als auch eine bessere Auflösung.

This work aims towards the development of a modular system for fabrication of monodisperse microgels made of poly(2-oxazoline)s for use in the field of regenerative therapy.

Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT) ist ein Kunststoff der zur Gruppe der intrinsisch leitfähigen Polymere (ILP) zählt. Aufgrund seiner chemischen und thermischen Stabilität findet er Verwendung in antistatischen Verkleidungen und als Elektrodenmaterial. PEDOT (und andere ILP) zeigen aufgrund ihrer Schaltbarkeit zwischen (reduzierten, ) neutralen und oxidierten Zuständen unterschiedliche Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Farbe oder Viskoelastizität. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die elektrochemischen und viskoelastischen Eigenschaften von PEDOT-Filmen untersucht. Dabei wurde die Quarzmikrowaage (QCM) in Verbindung mit potentiostatischen (Potentialsprung, PS) und potentiodynamischen (Cyclovoltammetrie, CV) elektrochemischen Methoden verwendet, so dass in situ elektrochemische und mechanische Eigenschaften der Filme zugänglich waren. Zur Bestimmung der viskoelastischen Eigenschaften wurde ein Auswertealgorithmus entwickelt, welcher auf ein mathematisches Modell zur Bestimmung des Schermoduls nach Efimov zurückgreift. Während der Herstellung wurden Parameter wie Lösungsmittel, Leitsalz, Vorpolarisations- und Abscheidungspotential variiert und die erhaltenen Filme bezüglich Schermodul und Morphologie charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Elektrolytzusammensetzung einen entscheidenden Einfluss auf die viskoelastischen Eigenschaften der Filme besitzt, welche mit der Morphologie der Filme korrelieren. Des Weiteren wurden die Änderungen der viskoelastischen Eigenschaften dieser Filme untersucht, welche während dem elektronischen Schalten zwischen neutralem und oxidiertem Zustand aufgrund des Ionenaustausches erfolgen. CV- und PS-Experimente zeigten, dass die viskoelastischen Eigenschaften durch Konzentration und pH-Wert des Elektrolyten beeinflusst werden und in unterschiedlicher Weise auf die Potentialänderungen reagieren. Durch den Einbau von Magnetit-Partikeln in die Schichten konnten Hybridfilme erhalten werden, deren Eigenschaften durch das Anlegen eines äußeren Magnetfeldes beeinflusst werden können. Solche Filme zeigten in einem äußeren Magnetfeld (0,7T) höhere Schermodule und einen stark unterdrückten Ionenaustausch.

Poly(dimethylsiloxan) (PDMS) ist ein wichtiges Polymer, das zunehmend in der Mikroelektronik aufgrund seiner hervorragenden Elastizität und thermischen Stabilität Verwendung findet. Ein limitierender Faktor für den Einsatz von PDMS ist aufgrund des Fehlens von reaktiven Gruppen und der niedrigen freien Oberflächenenergie seine geringe Adhäsion zu anderen Materialien. Zur Erhöhung der Adhäsion ist deshalb die Einführung von polaren, funktionellen Gruppen notwendig. Hier lag die Motivation der vorliegenden Arbeit, die sich eine gezielte Funktionalisierung von PDMS-Oberflächen als Aufgabe gesetzt hatte. Im ersten Teil der Arbeit wurde eine Verbesserung der Adhäsion zu einem fotostrukturierbaren Epoxidharz mittels der Sauerstoff- und Ammoniakplasmabehandlung angestrebt. In beiden Fällen führte die Plasmabehandlung zu der Einführung von unterschiedlichsten funktionellen Gruppen auf die Oberfläche und zu einer Verbesserung des Benetzungsverhaltens gegenüber Wasser. Zudem wurden Haftfestigkeiten erzielt, die um ein Vielfaches höher waren als jene zwischen Epoxidharz und einer unbehandelten PDMS-Oberfläche. Jedoch waren die hydrophilen Eigenschaften nach der Plasmabehandlung während der Lagerung an Luft zeitlich begrenzt, die PDMS-Oberfläche kehrt innerhalb kurzer Zeit in den einst hydrophoben Ausgangszustand zurück. Der Alterungsvorgang wird als „Hydrophobic Recovery“ bezeichnet und ist bei PDMS-Oberflächen, die höheren Plasmaleistungen und Behandlungszeiten ausgesetzt wurden, besonders auffällig. Die Vermeidung dieser Problematik war der Ausgangspunkt für den zweiten Teil der Arbeit. Auf der Grundlage der über die Plasmabehandlungen erzeugten funktionellen Gruppen wurden neue Konzepte für eine kovalente Anbindung von verschiedenen funktionellen Homo- und Copolymeren über die „Grafting to“-Technik entwickelt. Neben der Erhöhung der Adhäsion zu dem Epoxidharz war es möglich, das Benetzungsverhalten gegenüber Wasser durch die Unterbindung der „Hydrophobic Recovery“ zu stabilisieren. Des Weiteren gelang es, durch die Wahl der funktionellen Polymere, die PDMS-Oberfläche gezielt mit gewünschten Eigenschaften auszustatten. Somit ist der Einsatz der polymermodifizierten Oberflächen, außer in der Mikroelektronik, auch auf andere Anwendungen, wie der Biomedizin, der Mikrofluidik oder der Softlithografie übertragbar, in denen eine beständige, definierte Oberflächenfunktionalisierung ein wichtiges Kriterium darstellt.

1 Abstract This doctoral thesis is focused on the synthesis and characterization of novel hybrid polysaccharide-based polymers applicable for biomedicine, specifically for a conceptually new bimodal cancer treatment - immunoradiotherapy. For this purpose, polysaccharides β-glucan from Auricularia auricula-judae and κ-carrageenan from Kappaphycus alvarezii, exhibiting immunostimulatory and anticancer activities, were chosen to be grafted with thermoresponsive poly(2-isopropyl-2-oxazoline-co-2-butyl-2-oxazoline)s (POXs) (with different graft lengths and grafting densities) that induced a lower critical solution temperature of the final polymers. The thermoresponsive behavior of resulting polymers was studied with temperature-dependent light scattering methods, fluorescence measurements and also nuclear magnetic spectroscopy to select a polymer material with the most suitable properties for the intended application, aiming at a polymer depot formation after the injection of a polymer solution into the body. The chosen polymer, β-glucan-graft-POX with graft length of 2500 Da, was then modified to bear 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10- tetraacetic acid and a fluorescent dye Dyomics-615 at the graft ends and tested first in vitro to investigate its immunostimulatory properties and also the cellular uptake....

A solid phase extraction (SPE) method was developed for simultaneous extraction of dicarboxylic acids and diols formed during hydrolysis of poly(butylene succinate), PBS, and poly(butylene adipate), PBA. The developed SPE method and subsequent GC-MS analysis were used to extract, identify and quantify low molecular weight products migrating from linear and branched poly(butylene adipate) (PBA) and poly(butylene succinate) (PBS) during aging in aqueous media. The combination of SPE and GC-MS proved to be a sensitive tool, able to detect small differences in the degradation rate during early stages of hydrolysis before any significant differences were observed by weight loss and molecular weight measurements. The detected low molecular weight products included monomers i.e. adipic acid and 1,4-butanediol for the PBA polymers and succinic acid and 1,4-butanediol for PBS. Several dimers and trimers i.e. hydroxybutyl adipate, hydroxybutyl succinate, di(hydroxybutyl) adipate, di(hydroxybutyl) succinate and hydroxybutyl disuccinate were also detected. Best extraction efficiency for 1,4-butanediol and succinic acid was achieved with a hydroxylated polystyrene-divinylbenzene resin as solid phase. Linear range for the extracted analytes was 1-500 ng/ml for adipic acid and 2-500 ng/ml for 1,4-butanediol and succinic acid. Detection and quantification limits for all analytes were between 1-2 ng/ml (S/N=3) and 2-7 ng/ml (S/N=10) respectively. Relative standard deviations were between 3 % and 7 %. Comparison of measured weight loss and the amount of monomeric products showed that weight loss during early stages of hydrolysis was mainly caused by the release of water-soluble oligomers that on prolonged ageing were further hydrolyzed to monomeric species. Significant differences in degradation rate could be assigned to degree of branching, molecular weight, aging temperature and degradation medium. Linear and branched PBA was mixed with PVC in solution cast films to study the effects of molecular weight and branching on plasticizer efficiency. Used as polymeric plasticizer, PBA formed a semi-miscible two-phase system with PVC where the amorphous part exhibited one single glass transition temperature and the degree of polyester crystallinity was dependent on molecular weight, degree of branching and blend composition. Plasticizing efficiency was favored by higher degree of branching and a 40 weight-percent polyester composition. / QC 20101209

Depuis 2008, des épisodes de surmortalité massive d’origine multifactorielle, affectent mondialement les élevages de juvéniles d’huître creuse Crassostrea gigas dont le virus de type herpès, l’OsHV-1, peut être considéré comme un des agents pathogènes majeurs. L’immunité des huîtres, repose sur un système immunitaire inné et a longtemps été considéré comme peu spécifique et dépourvu de mémoire. Cependant, cette vision a été remise en question via des études ayant démontré l’existence d’une réponse immunitaire spécifique et mémoire chez des invertébrés. Dans le cadre de cette thèse, l’objectif était de caractériser le priming immunitaire antiviral ainsi que ses mécanismes chez l’huître face au virus OsHV-1. En stimulant les huîtres avec un agent mimétique viral, le poly(I:C), nos travaux ont montré que cette molécule protégeait spécifiquement contre l’OsHV-1 en milieu contrôlé et en milieu naturel sur le long terme, en améliorant le taux de survie des huîtres de près de 100%, mais pas d’infections bactériennes. Une approche RNA-seq nous a permis d’identifier différentes voies de signalisations immunitaires antivirales régulées suite à la stimulation par le poly(I:C). Les profils de régulation sont majoritairement maintenus dans le temps (au moins 10 jours), ce qui pourrait expliquer la protection observée. L’ensemble de ces résultats montre l’existence d’un phénomène de priming immunitaire antiviral efficace chez un Lophotrochozoaire et apporte une contribution à la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents à ce phénomène. Ces travaux ont permis d’apporter des pistes de sortie de crise pour la filière ostréicole jusqu’alors inexplorées. / Since 2008, mass mortality events of multifactorial origin have affected the Pacific oyster Crassostrea gigas farms worldwide, in which a herpesvirus, the OsHV-1, can be considered as one of the major pathogens. The immunity of oysters, as for all invertebrates, is based on an innate immune system that has long been considered to be scarcely specific and to lack memory. However, in recent years this simplistic view has been questioned through studies that have demonstrated the existence of a specific immune response and memory. However, knowledge about the mechanisms underlying these phenomena still remains extremely fragmentary. The aim of this thesis was to characterize the antiviral immune priming and its mechanisms in the oyster against OsHV-1. By stimulating oysters with a viral mimic, poly(I:C), we have shown that this molecule specifically protects against OsHV-1 in controlled environment and in natural environment, protecting oysters from mass mortality events on the long term (min. 5 months) by improving oyster survival by almost 100% but does not protect against bacterial infection. A RNA-seq approach carried out during this thesis allowed us to identify different antiviral immune pathways regulated following the stimulation by poly(I:C). The regulation profiles are mostly maintained over time (at least 10 days), which could explain the observed protection. All these results show the existence of an effective antiviral immune priming phenomenon in a Lophotrochozoan and contribute to the understanding of the molecular mechanisms underlying this phenomenon. This work opens new perspectives hitherto unexplored to support oyster farming against this crisis.

L’objectif de cette étude est la réalisation de séparateurs de batterie haute performance par extrusion. Ces électrolytes polymères solides nécessitent d’être perméables au courant ionique mais aussi isolants électrique, tout en étant résistants mécaniquement. Une des possibilités étudiée pour le renfort mécanique est la dispersion de charges nanométriques (whiskers de cellulose) dans un polymère. Les whiskers de cellulose sont des bâtonnets cristallins d’une longueur entre 100 et 300nm et d’un diamètre entre 5 et 20 nm. Lorsque ces charges sont dispersées de façon homogène, elles forment un réseau percolant, améliorant de cette façon le renfort mécanique de la matrice pour de faibles concentrations. Le but est donc de réaliser cette dispersion dans un polymère fondu par extrusion, en comparaison avec le procédé bien établi d’évaporation de solvant. Les difficultés principales viennent de l’agglomération des whiskers de cellulose via des liaisons hydrogènes et du milieu très concentré dans lequel ces charges doivent être dispersées. Ainsi, la première partie de l’étude est de déterminer le processus de préparation des whiskers de cellulose, limitant l'agglomération et permettant d’obtenir une suspension stable. Ce système stable est nécessaire pour la formation d'un réseau par évaporation de solvant. Une fois le protocole optimisé, la deuxième partie de l’étude porte sur la dispersion de ces whiskers dans la matrice fondue au mélangeur interne et en extrusion. Les mélanges et films obtenus sont caractérisés par analyse en rhéologie dynamique, analyse thermique et analyse mécanique. Une dégradation de la matrice ainsi qu’une orientation des whiskers sont observées. Pour contourner ces contraintes, plusieurs alternatives sont utilisées. La première consiste à adsorber un copolymère sur les whiskers ; cette méthode augmente l’effet hydrodynamique mais aucun réseau n’est obtenu. La deuxième alternative est l’utilisation d’un polymère de faible masse molaire, permettant de diminuer la viscosité du mélange et par conséquent de limiter l’orientation des charges. Cette voie permet la formation d’un réseau percolant, tout en évitant la dégradation de la matrice dans l’extrudeuse. La troisième alternative utilise un copolymère de faible masse molaire synthétisé à partir d’un monomère porteur de doubles liaisons. La faible masse molaire permet de diminuer la cristallinité du séparateur et donc d’améliorer les performances ioniques à basse température. Les doubles liaisons permettent une réticulation assurant la tenue mécanique du film / The aim of this study is to produce high-performance battery separators through extrusion. These solid polymer electrolytes should be permeable to ionic current but electrically insulating, all the while maintaining sufficient mechanical resistance. To this end, the dispersion of nanometrics fillers (cellulose whiskers) in a polymer is studied. Cellulose whiskers are crystalline sticks, with a length between 100 and 300 nm and a diameter between 5 and 20 nm. It is well known that a homogeneous dispersion of these fillers allows a percolating network, improving the mechanical reinforcement of the matrix at low concentrations. The goal is to carry out this dispersion in molten polymer through extrusion, as opposed to the well-established solvent evaporation process. The main difficulties are the aggregation of cellulose whiskers which occurs through hydrogen bonding and the concentrated medium in which these fillers are dispersed. The first part of the study is to determine the optimum process to prepare cellulose whiskers in order to limit aggregation and thus obtain a stable aqueous suspension. This stable system is necessary to obtain a percolating network in the polymer matrix through solvent evaporation. Once the protocol optimised, the second part of the study focuses on the dispersion of these whiskers in the molten matrix using both the internal mixer and the extruder. Blends and films are characterized by dynamical rheology analysis, thermal analysis and mechanical analysis: a degradation of the matrix and an orientation of the whiskers are observed. To by-pass these issues, several alternatives are used. The first one involves the adsorption of a copolymer on the whiskers. This method increases the hydrodynamic effect; however no percolation network is obtained. The second alternative is to use a low molar mass polymer. This leads to a decreased polymer viscosity which limits the orientation of the fillers, allowing the percolating network to form and prevents polymer degradation. The third way uses a copolymer with a low mass molar, synthesized from a monomer which carries double bonds. The low molar mass allows the decrease of the separator crystallinity thus improving the ionic performances at low temperatures. The double bonds can crosslink under UV light, which enhances the mechanical strength of the film

Die rasant fortschreitende Digitalisierung in allen Bereichen des täglichen Lebens erzeugt einen immensen Bedarf an Mikrochips. Um diese Mikrochips zu erzeugen, durchlaufen Wafer eine Vielzahl an ressourcenaufwändigen Prozessschritten. In dieser Arbeit werden zwei Ansätze der reversiblen Immobilisierung von Biopolymeren verfolgt, welche als Grundlage für eine alternative Herstellung von Mikrochips fungieren könnten. Zum einen sollte die reversible Immobilisierung von Polyplexen auf Basis von 6HB DNA-Origami und kationischen Polymethacrylaten bzw. Poly(2-oxazolin)en auf strukturierten PDMAEMA-Bürsten nach Nawroth et al.[1],[2] realisiert werden. Zum anderen war die reversible Immobilisierung von Mikrotubuli nach Ionov et al.[3] unter Verwendung eines grafting-from Systems Ziel dieser Arbeit. Für die Immobilisierung von Polyplexen auf Polymerbürsten wurden die Polymere so gestaltet, dass sie mehrere Funktionen erfüllen können. Die Copolymere verfügten über einen kationischen Bereich mit 20 Wiederholeinheiten, welcher zur Anbindung an die 6HB diente, einen hydrophilen Spacer sowie mehrere Funktionalisierungsstellen. Das zuerst untersuchte methacrylische System auf Basis von HEMA stellte sich für den hier vorgesehenen Verwendungszweck als ungeeignet heraus. Für das Poly(2-oxazolin)-System wurden die nach Cesana et al.[4] und Hartlieb et al.[5] synthetisierten aminfunktionalisierten Monomere AmProOx, AmBuOx, AmPentOx und AmDecOx, sowie das nach He et al.[6] synthetisierte MAMeOx verwendet. Die Synthese der verwendeten Monomere konnte optimiert bzw. AmProOx und AmDecOx im Zuge dieser Arbeit erstmalig synthetisiert werden. AmProOx, AmBuOx und AmPentOx konnten mittels LCROP erstmalig in dieser Arbeit mit Benzyltosylat direkt initiiert und homopolymerisiert werden. Diese AmOx-Derivate erlauben als Blockcopolymer mit MeOx eine effektive und gut kontrollierbare Polyplexbildung mit 6HB. Dies wurde mittels GEP und AFM verifiziert. Es zeigte sich, dass MAMeOx ungeeignet war, da es keinen Polyplex mit 6HB bildete. Als mögliche Ursachen sind der zu geringe Abstand zwischen den Aminen in der Seitenkette sowie der zu geringe Abstand zwischen dem Amin in der Seitenkette und dem Rückgrat zu nennen. Die AmOx konnten in einem Triblockcopolymer zusammen mit MeOx bzw. EtOx und PynOx copolymerisiert werden. Über den PynOx-Block ist eine Funktionalisierung mittels Click Chemie möglich.[7] Es konnte gezeigt werden, dass die Polyplexe in ihrer Peripherie vollumfänglich durch die Polymere zusätzlich funktionalisiert werden können. So wurden Fluoreszenzfarbstoffe ebenso wie CRP Initiatoren eingeführt. Die angeschlossene Pfropfungspolymerisation auf Basis der CuCRP zeigte, im Vergleich zur Literatur,8 einen bis zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Arbeit unbekannten Zuwachs an Polymerhülle von bis zu 70 nm (240%) innerhalb von 15 min. Eine Immobilisierung der 6HB-POx Polyplexe nach Nawroth et al.[1],[2] auf PDMAEMA-Bürsten zeigte sich als nicht erfolgreich. Es konnte auf den nanostrukturierten PDMAEMA-Bürsten keine Abscheidung der Polyplexe beobachtet werden. In Zukunft könnten die entwickelten Polyplexe durch eine Funktionalisierung der PynOx Einheiten mit Metallisierungskeimen als Nanodrahttemplate verwendet werden. Außerdem ist die Nutzung der POx-DNA-Origami- Polyplexe als formstabile Wirkstofftransportsysteme denkbar, ebenso wie die Verwendung der kationischen POx als Ersatz für Polyethylenimin (PEI)[9]–[11] in der Gentherapie. Für die Immobilisierung von Mikrotubuli Gleit-Assays mit gepfropften PNIPAM-Bürsten auf Grundlage der Publikation von Ionov et al.[3] wurde erstmalig die SI-CuCRP mit PNIPAM auf Gold untersucht. Hierfür wurde zuerst eine geeignete Initiator-SAM ermittelt, wobei die Wahl auf BiB UD-SH fiel, welche eine Schichtdicke von ca. 1,2 nm bei einem Wasserkontaktwinkel von ca. 72° aufwies. Um die ideale PNIPAM Schichtdicke für die Immobilisierung zu ermitteln, wurden mehrere Gradienten mit unterschiedlichen Schichtdicken hergestellt. Als ideale Schichtdicke erwies sich eine Höhe von 10 bis 20 nm PNIPAM im kollabierten Zustand. Die generierten PNIPAM Schichten auf Gold zeigten in den Gleit-Assays ein effektives Verhalten bezüglich der Immobilisierung der Mikrotubuli. Dies zeigte sich dadurch, dass im gequollenen Zustand unterhalb der LCST der PNIPAM-Bürsten die Mikrotubuli von der Oberfläche gelöst wurden. Oberhalb der LCST konnten sich die Mikrotubuli frei auf der Oberfläche bewegen. Gleiches konnte auf im Anschluss präparierten UV-strukturierten Proben nachvollzogen werden. Die Mikrotubuli waren nicht in der Lage, sich unterhalb der LCST auf den PNIPAM-Strukturen zu bewegen, jedoch auf Bereichen ohne PNIPAM. Oberhalb der LCST war es den Mikrotubuli wieder möglich, sich frei zu bewegen. Das entwickelte System für die reversible Immobilisierung von Mikrotubuli könnte im nächsten Schritt auf die von Nicolau et al.[12] entwickelten Arrays übertragen werden. [1] Nawroth, J. F.; Neisser, C.; Erbe, A.; Jordan, R. Nanoscale 2016, 8 (14), 7513–7522. [2] Nawroth, J. F. Synthese nanostrukturierter Polymerbürsten zur reversiblen Immobilisierung von DNA Origami, Dissertation, TU Dresden, 2017. [3] Ionov, L.; Stamm, M.; Diez, S. Nano Lett. 2006, 6 (9), 1982–1987. [4] Cesana, S.; Auernheimer, J.; Jordan, R.; Kessler, H.; Nuyken, O. Macromol. Chem. Phys. 2006, 207 (2), 183–192. [5] Hartlieb, M.; Pretzel, D.; Kempe, K.; Fritzsche, C.; Paulus, R. M.; Gottschaldt, M.; Schubert, U. S. Soft Matter 2013, 9 (18), 4693–4704. [6] He, Z.; Miao, L.; Jordan, R.; S-Manickam, D.; Luxenhofer, R.; Kabanov, A. V. Macromol. Biosci. 2015, 15 (7), 1004–1020. [7] Luxenhofer, R.; Jordan, R. Macromolecules 2006, 39 (10), 3509–3516. [8] Tokura, Y.; Jiang, Y.; Welle, A.; Stenzel, M. H.; Krzemien, K. M.; Michaelis, J.; Berger, R.; Barner-Kowollik, C.; Wu, Y.; Weil, T. Angew. Chemie - Int. Ed. 2016, 55 (19), 5692–5697. 9Boussif, O.; LezoualC’H, F.; Zanta, M. A.; Mergny, M. D.; Scherman, D.; Demeneix, B.; Behr, J. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1995, 92 (16), 7297–7301. [10] Horbinski, C.; Stachowiak, M. K.; Higgins, D.; Finnegan, S. G. BMC Neurosci. 2001, 2. [11] Dodds, E.; Piper, T. A.; Murphy, S. J.; Dickson, G. J. Neurochem. 1999, 72 (5), 2105–2112. [12] Nicolau, D. V; Lard, M.; Korten, T.; van Delft, F. C. M. J. M.; Persson, M.; Bengtsson, E.; Månsson, A.; Diez, S.; Linke, H.; Nicolau, D. V. Proc. Natl. Acad. Sci. 2016, 113 (10), 2591–2596.:Inhaltsverzeichnis Danksagung I Abkürzungsverzeichnis III 1. Einleitung 1 2. Grundlagen 3 2.1. DNA-Origami 3 2.2. Mikrotubuli als Nanoroboter 9 2.3. Poly(2-oxazolin)e 14 2.3.1. 2-Substituierte 2-Oxazoline 14 2.3.2. Lebende kationische ringöffnende Polymerisation 15 2.4. Oberflächenmodifikation mit Polymerbürsten 18 2.4.1. Selbstorganisierende Monoschichten 18 2.4.2. Polymerbürsten 19 2.4.3. Pfropfungspolymerisatonsarten 22 2.4.5. Thermoresponsive Polymerbürsten 27 2.5. Rasterkraftmikroskopie 29 3. Motivation 31 4. Ergebnisse und Diskussion 33 4.1. Kationische Bürsten auf Polymethacrylatbasis 33 4.1.1. Synthese der kationischen Copolymere 34 4.1.2. Funktionalisierung mit BiBB 38 4.1.3. Pfropfungspolymerisation 40 4.1.4. Polyplexbildung mit kationischen Polymethacrylaten 43 4.2. Synthese von 2-Oxazolinen mit Aminofunktionalität 45 4.3. Kationische Poly(2-oxazolin)e zur DNA-Origami-Komplexierung 50 4.3.1. Kinetik der Homopolymerisation der AmOx-Monomere 50 4.3.2. Erprobung der Click-Reaktion und der Pfropfung 53 4.3.3. Poly(2-oxazolin)e mit Aminfunktionalität zur Stabilisierung von DNA-Origami 59 4.3.4. Poly(2-oxazolin)e mit BiB-Typ Endfunktionalisierung 65 4.3.5. Kationische Poly(2-oxazolin)e für die Funktionalisierung von Polyplexen 69 4.3.6. Pfropfungspolymerisation auf immobilisierten Polyplexen 72 4.3.7. Pfropfungspolymerisation auf DNA-Origami in Lösung 74 4.3.8. Polyplex-gestütztes, gerichtetes Assemblieren von DNA-Origami 77 4.4. Reversible Immobilisierung von Mikrotubuli durch Polymerbürsten 81 4.4.1. Oberflächenmodifizierung 81 4.4.2. Mikrotubuli-Gleit-Assays auf PNIPAM-Gradienten 84 4.4.3. Mikrotubuli-Gleit-Assays auf strukturierten PNIPAM-Bürsten 89 5. Zusammenfassung und Ausblick 92 6. Experimentalteil 96 6.1. Geräte 96 6.2. Verbrauchsgüter 99 6.2.1. Chemikalien 99 6.2.2. 6-Helixbündel 6HB 99 6.2.3. Wafer 99 6.3. Synthese der Initiatoren 100 6.3.1. Benzyltosylat BnOTs 100 7.3.2. 2-Azidoethyl-2-bromoisobutyrat 100 6.4. Synthese der Monomere 103 6.4.1. Allgemeine Synthesevorschrift der AmOx Monomere 103 6.4.2. 2-(N-Methyl)aminomethyl-2-oxazolin MAMeOx 106 6.5. Polymersynthese 108 6.5.2. Homopolymerisation der AmOx Monomere 113 6.5.3. P(MeOx-grad-PynOx) P1 115 6.5.4. P(MAMeOx-co-MeOx-grad-PynOx) P2Boc 115 6.5.5. Synthese der P(AmOx-co-MeOx) 116 6.5.6. Allgemeine Synthesevorschrift der LCROP mit BiB-OH Terminierung 118 6.5.7. Allgemeine Synthesevorschrift der CuCRP mit einem POx-Makroinitiator 122 6.5.8. P(AmProOx-co-MeOx-grad-PynOx) P6Boc 126 6.5.10. P(AmPentOx-co-EtOx-grad-PynOx) P8Boc 128 6.6. Polymeranaloge Funktionalisierung 129 6.6.1. Allgemeine Bedingung der Funktionalisierung der HEMA-Gruppen mit BiBB 129 6.6.2. Pfropfungspolymerisation an PMETAC10-BiB mit HEMA 132 6.6.3. Allgemeine Vorschrift der Abspaltung der Boc-Schutzgruppe 133 6.6.4. Allgemeine Bedingungen der Huisgen 1,3-dipolaren kupferkatalysierten Azid-Alkin-Cycloaddition 137 6.6.5. Pfropfungspolymerisation an P1-BiB 141 6.6.6. Pfropfungspolymerisation an P2Boc-BiB 142 6.7. DNA-Origami-Polyplexe 143 6.7.1. Polyplexbildung 143 6.7.2. Präparation für AFM-Messung 143 6.7.3. Oberflächenbasierte Pfropfungspolymerisation 144 6.7.4. Lösungsbasierte Pfropfungspolymerisation 144 6.7.5. Polyplexabscheidung auf nanostrukturierten PDMAEMA Bürsten 144 6.8. Oberflächenmodifikation 145 6.8.1. Präparation der SiO2-Wafer mit PF-SAM 145 6.8.2. Selbst-initiierende Photopfropfung und Photopolymerisation SIPGP 145 6.8.3. Präparation Au-Wafer mit Thiol-SAM 145 6.8.4. UV-Lithografie 146 6.8.5. SI-CuCRP 146 6.9. Gleit-Assays 147 7. Quellen 149

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