Die Immobilisierung von Oligo(ethylenglykol)-derivaten an Oberflächen von Metallen ist ein viel versprechender Ansatz, um unspezifische Adsorptionen von Proteinen, Bakterien und Zellen zu minimieren bzw. zu verhindern. Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Entwicklung, Darstellung, Charakterisierung sowie Applikation maßgeschneiderter, self-assembly-fähiger Moleküle, die gezielt auf TiO2- und nicht auf SiO2-Oberflächen anbinden. Die resultierenden Monoschichten (SAMs) wiesen eine Biokompatibilität sowie Biofunktionalität auf. Dazu wurden neue bisher noch nicht beschriebene Moleküle entwickelt, die auf einer Kombination von funktionalisierten Oligo(ethylenglykol)-Einheiten mit Monoalkylphosphorsäure- und Alkylphosphonsäurederivaten basieren. Diese Verbindungen konnten durch die Anwendung der Self-Assembly-Technik erfolgreich aus wässriger Lösung auf TiO2-Substrate adsorbiert werden. Die hergestellten, ultradünnen monomolekularen Schichten wurden mit verschiedenen analytischen Methoden, wie Spektroskopische Ellipsometrie, winkelabhängiger XPS und SPR-Spektroskopie charakterisiert. Durch eine gezielte Anbindung an TiO2-Oberflächen und einer stabilen Ausbildung von SAMs konnten sowohl die unspezifische Proteinadsorption zurückgedrängt bzw. verhindert, als auch eine spezifische Anbindung von ausgewählten Proteinen realisiert werden. / The surface immobilization of oligo (ethylene glycol) on metals is a promising approach to minimize or prevent non-specific adsorption of proteins, bacteria and cells. The aim of this work was the design, preparation, characterization and application of tailor-made, self-assembly molecules, which are able to adsorbed selectively on TiO2 surfaces but not on SiO2. The resulting self-assembled monolayers (SAMs) had a biocompatibility and bio functionality. For this purpose new molecules have been developed, which are not described in the literature. These compounds are derivatives of monoalkyl phosphoric acids or alkyl phosphonic acids and contain a terminal functional oligo (ethylene glycol) unit. The compounds were assembled on the TiO2-surface by self-assembly technique from aqueous solution. The adsorbed layers were characterized by different analytical tools, like angle resolved XPS, spectroscopic ellipsometry and SPR-spectroscopy. The selective adsorption of SAMs on TiO2-surfaces and the formation of stable SAMs make it possible to prevent or minimize non specific protein adsorption and also to bind selected proteins via specific surface reactions.

Les propriétés électroniques spécifiques des systèmes conjugués a permis l'essor de l'électronique plastique depuis une quinzaine d'années. Les semi-conducteurs organiques sont de plus en plus recherchés pour l'élaboration de composants opto-électroniques. D'autre part, le contexte économique et écologique de notre société oblige la recherche à se tourner vers des procédés plus propres et à utiliser si possible des matières premières renouvelables. Nous nous sommes intéressés à l'utilisation du furane obtenu à partir de la biomasse pour la synthèse de nouveaux semi-conducteurs. La première partie de ce travail décrit la synthèse et la caractérisation de systèmes conjugués dérivés du furylène-vinylène, synthons obtenus facilement à partir de 5-htdroxyméthyl-2-furaldéhyde ou de furaldéhyde. Les propriétés électroniques des matériaux et leurs propriétés de semi-conducteurs dans les transistors organiques à effet de champs sont comparés à leurs homologue thiophéniques. La deuxième partie est consacrée à la synthèse de nouveaux oligomères terminés par des systèmes condensés du type benzofurane ou benzothiénothiophène. Une première série d'oligomères conçue pour leur insertion comme semi-conducteurs dans des OFETs, a été élaborée avec des espaceurs de types furane ou thiophène. Une deuxième série de molécules ciblées pour l'élaboration de systèmes à faible GAP de type donneur-accepteur utilise le motif 3-alcoxy-4-cyanothiophène comme espaceur.

Les molécules amphiphiles sont dotées de propriétés d’auto-organisation en solution, conduisant à une grande variété de structures que l’on peut moduler en ajustant des paramètres moléculaires. Nous nous intéressons en particulier à des amphiphiles cationiques, dont nous faisons varier la nature du contre-ion. L’utilisation de contre-ions chiraux alanine à ainsi permis de conduire à l’apparition de structures supramoléculaires chirales, dont nous avons cherché à comprendre et contrôler la formation. Des contre-ion peptidique ont également été confinés à la surface d’assemblage des ces amphiphiles, induisant des structures secondaires particulières et la formation de structures chirales elles aussi remarquables. / Abstract

Embryonic stem cells (ESCs) are pluripotent cells derived from the inner cell mass of the blastocyst that can give rise to cells of the ectoderm, endoderm and mesoderm lineages. Once isolated from the blastocyst, ESCs can be cultured indefinitely in vitro in an undifferentiated state or can be induced to differentiate. In the case of mouse ESCs (mESCs), the cytokine leukemia inhibitory factor (LIF) is added to culture media to maintain pluripotency and is removed to induce differentiation. Although it is known that extracellular matrix (ECM) components influence stem cell maintenance, proliferation and differentiation, the precise effects of ECM environments on embryonic stem cell behavior have not been systematically studied. The main purpose of this thesis project was to investigate the behavior of undifferentiated mESCs cultured in different 3D hydrogel matrices and to determine whether viscoelastic and biochemical variations in the matrices differentially affect the ability of stem cells to self-renew; that is, retain their pluripotency or undifferentiated phenotype. Their behavior in 3D environments was compared to mESC behavior in traditional 2D culture. In addition, a new method of casting hydrogels in polydimethylsiloxane (PDMS) molds was developed in order to efficiently cast multiple hydrogels of varying sizes and shapes. The findings of this thesis project will benefit both the scientific and engineering community as it encourages researchers to re-evaluate the quality of standard 2D embryonic stem cell culture methods versus potentially novel and advantageous 3D hydrogel culture methods.

In this study, oligo-porphyrans, obtained by acid hydrolysis of porphyran, were investigated for their H2O2-inducing abilities in the defense responses of P. yezoensis. Oligo-porphyrans with average molecular weights (MWs) lower than 1.43 kDa had H2O2-inducing abilities. In contrast, oligo-porphyrans with average MWs of 6.12 kDa triggered no response. The active oligo-porphyrans were fractioned by anion-exchange chromatography. We found that two distinct mechanisms might be involved in the oligo-porphyran-induced H2O2 release in P. yezoensis. Mixtures of mono-sulfated oligo-galactans with degrees of polymerization (DPs) ranging from 1 to 3 might induce the response through the oxidation of cellular oligosaccharides, which enable P. yezoensis to resist rotting caused by dense incubation. Mixtures of oligo-porphyrans, consisting of 4 ~ 7 monosaccharide residues and 2 ~ 3 sulfate groups, might induce the generation of H2O2 by activation of NADPH oxidase, leading to an oxidative burst in P. yezoensis. The elicitor activity of oligo-porphyrans thus depends on their molecular size.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第20584号 / 工博第4364号 / 新制||工||1678(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科合成・生物化学専攻 / (主査)教授 杉野目 道紀, 教授 吉田 潤一, 教授 大江 浩一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

Analysis of biological samples plays a crucial role in disease diagnostics and monitoring, as well as in research. For the analysis, detection and quantification is of the essence, and can be performed with immunoassays. These immunoassays exploit antibodies, and their characteristic specificity, to target analytes. Furthermore, immunoassays can be either singleplex or multiplex, meaning they assess one single, or multiple analytes in parallel. As of today, singleplex methods such as ELISA dominate the market, favoured for their precision and reliability. However, multiplexing exhibit reductions in time, costs, and materials. Nevertheless, one common challenge is the detection of small amounts of analyte, possibly discovering and monitoring earlier stages of disease. For this purpose, Cavidi AB has developed a signal amplification technology, namely the binding oligo ladder detection (BOLD). Currently, this technique is applicable to the singleplex market, while the implementation on the multiplexing remains. Here,  we present a literature review of a selection of multiplexing techniques, and a thorough investigation of their possible compatibility with Cavidi AB’s signal enhancement technology BOLD. After undergoing a comprehensive analysis to evaluate various multiplexing technologies and theircompatibility with BOLD, a spectrum of compatibility levels were revealed. Some of the multiplexing technologies, exemplified by Luminex’s xMAP technology, demonstrated inherent compatibility. Contrarily, other platforms, including Olink’s PEA technology, exhibited incompatibility. Moreover, certain technologies, such as Standard Biotools’ CyTOF technology, were found to possess potential compatibility if modification to either BOLD or to the respective multiplexing technology were to be implemented. Furthermore, the need for signal amplification was identified to vary amongst the versatile technologies and the different analytes. This stems from the fact that the lowest detectable concentration level fluctuates between different analytes and technologies. Therefore, Cavidi AB should target companies with a generally high limit of detection (LOD). In addition, because of the fluctuations in LOD between analytes, specifying to which analytes an integration of BOLD would be beneficial, is recommended.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der kationisch initiierten Oligomerisation von N-Vinylformamid mit Iod, Brom, Trifluormethansulfonsäure und Trifluormethansulfonsäure-trimethylsilylester. Quantenchemische Berechnungen zur Konformation und zur Elektronendichteverteilung von N-Vinylformamid, sowie zu seiner Reaktion mit Elektrophilen werden vorgestellt. Die Struktur der erhaltenen Oligomere wird mittels 1H- und 13C-NMR-Spektroskopie, MALDI-TOF-MS, GPC, IR-Spektroskopie, Thermogravimetrie und quantitativer Elementaranalyse untersucht. Die Abhängigkeit von Ausbeute, mittleren Polymerisationsgrad und Kopfgruppenfunktionalität der erhaltenen Oligo(N-vinylformamide) vom Initiator, sowie von der Polarität des Lösemittels, dem eingesetzten Monomer/Initiator-Verhältnis und der Reaktionstemperatur wird vorgestellt. Im Vergleich zum N-Vinylformamid werden N-Vinylacetamid, N-Methyl-N-vinylformamid, N-Methyl-N-vinylacetamid und N-Vinylpyrrolidon auf ihre Fähigkeit untersucht, mit Initiatoren der kationischen Polymerisation Oligomere zu bilden. Mit N-Deutero-N-vinylformamid als Monomer und der 2H-NMR-Analyse der erhaltenen Oligomere wird der Einfluß der NH-Eliminierung während der Oligomerisation von N-Vinylformamid untersucht. Ausgehend von den experimentellen Ergebnissen wird ein für die Vinylpolymerisation neuer Mechanismus für die Oligomerisation von N-Vinylformamid vorgeschlagen und diskutiert. / The topic of the dissertation is the survey of the cationically initiated oligomerization of N-vinylformamide with iodine, bromine, trifluoromethanesulfonic acid, and trifluoromethanesulfonic acid trimethylsilylester as initiators. Quantum chemical calculations on the conformation and the electron density of N-vinylformamide, as well as on its reaction with electrophiles are presented. The structure of the obtained oligomers is investigated with 1H- and 13C NMR spectroscopy, MALDI-TOF-MS, GPC, IR spectroscopy, thermal decomposition, and quantitative combustion analysis. The influence of the polarity of the solvent, of the initiator, of the reaction temperature, and of the monomer/initiator ratio on yield, degree of polymerization, head group functionality, and chain structures of the obtained oligo(N-vinylformamide) is investigated. In comparison with N-vinylformamide, the ability of N-vinylacetamide, N-methyl-N-vinylformamide, N-methyl-N-vinylacetamide, and N-vinylpyrrolidone in undergoing a cationically induced polymerization to oligomeric products is investigated. The influence of the NH-elimination on the oligomerization process is investigated with N-deutero-N-vinylformamide as monomer and the 2H NMR analysis of the obtained oligomers. From the results, a new mechanism for the oligomerization of N-vinylformamide is proposed and discussed.

(Metallo-)Dendrimers in Catalysis, Nanoparticle Stabilization and Biological Application Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Naturwissenschaften Dissertation 2011, 165 Seiten Die vorliegende Dissertationsschrift befasst sich mit der Darstellung, Charakterisierung und Anwendung neuartiger (Metallo-)Dendrimere. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet dabei die terminale Funktionalisierung (Poly)amidoamin-basierender Dendrimere kleiner Generationen. Durch Standardpeptid-Knüpfungsreaktionen von 1,1´-(Diphenylphosphino)ferrocen-carbonsäure an dendritische (Poly)amidoamine ist eine Serie entsprechend funktionalisierter Metallodendrimere zugänglich. Die metallorganischen, Dendrimer-immobilisierten Engruppen können durch Zugabe von [Pd(3-C3H5)Cl]2 in heterobimetallische Übergangsmetallkomplexe umgewandelt werden und finden Einsatz als katalytisch aktive Systeme in C,C-Kreuzkupplungsreaktionen nach Heck. Ein weiterer Gegenstand der Arbeit ist die terminale Modifikation von (dendritischen) Ami-nen mit (Sp)-2-(Diphenylphosphino)ferrocen-1-carbonsäure. Nach erfolgter Umsetzung mit [Pd(3-C3H5)Cl]2 werden die erhaltenen planar-chiralen Verbindungen als Katalysatoren in asymmetrischen allylischen Substitutionsreaktionen eingesetzt. Ferner ist die Darstellung (Oligo)ethylenglykolether-terminierter (Poly)amidoamin-Dendrimere beschrieben. Diese werden als Stabilisatoren zur in-situ Generierung von Gold- sowie Magnetit-Nanopartikeln eingesetzt. Der Einfluss der dendritischen Template auf die Kolloidgrößen und Morphologien sowie die Eigenschaften der gebildeten Hybridmaterialien werden aufgezeigt. Darüber hinaus befasst sich die Arbeit mit der Verwendung biokompatibler (Oligo)ethylenglykolether-Dendrimere als Wirkstoffträger für Zytostatika bei der Krebsthera-pie. Die im Rahmen von in vitro Untersuchungen erhaltenen Ergebnisse werden präsentiert.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der kationisch initiierten Oligomerisation von N-Vinylformamid mit Iod, Brom, Trifluormethansulfonsäure und Trifluormethansulfonsäure-trimethylsilylester. Quantenchemische Berechnungen zur Konformation und zur Elektronendichteverteilung von N-Vinylformamid, sowie zu seiner Reaktion mit Elektrophilen werden vorgestellt. Die Struktur der erhaltenen Oligomere wird mittels 1H- und 13C-NMR-Spektroskopie, MALDI-TOF-MS, GPC, IR-Spektroskopie, Thermogravimetrie und quantitativer Elementaranalyse untersucht. Die Abhängigkeit von Ausbeute, mittleren Polymerisationsgrad und Kopfgruppenfunktionalität der erhaltenen Oligo(N-vinylformamide) vom Initiator, sowie von der Polarität des Lösemittels, dem eingesetzten Monomer/Initiator-Verhältnis und der Reaktionstemperatur wird vorgestellt. Im Vergleich zum N-Vinylformamid werden N-Vinylacetamid, N-Methyl-N-vinylformamid, N-Methyl-N-vinylacetamid und N-Vinylpyrrolidon auf ihre Fähigkeit untersucht, mit Initiatoren der kationischen Polymerisation Oligomere zu bilden. Mit N-Deutero-N-vinylformamid als Monomer und der 2H-NMR-Analyse der erhaltenen Oligomere wird der Einfluß der NH-Eliminierung während der Oligomerisation von N-Vinylformamid untersucht. Ausgehend von den experimentellen Ergebnissen wird ein für die Vinylpolymerisation neuer Mechanismus für die Oligomerisation von N-Vinylformamid vorgeschlagen und diskutiert. / The topic of the dissertation is the survey of the cationically initiated oligomerization of N-vinylformamide with iodine, bromine, trifluoromethanesulfonic acid, and trifluoromethanesulfonic acid trimethylsilylester as initiators. Quantum chemical calculations on the conformation and the electron density of N-vinylformamide, as well as on its reaction with electrophiles are presented. The structure of the obtained oligomers is investigated with 1H- and 13C NMR spectroscopy, MALDI-TOF-MS, GPC, IR spectroscopy, thermal decomposition, and quantitative combustion analysis. The influence of the polarity of the solvent, of the initiator, of the reaction temperature, and of the monomer/initiator ratio on yield, degree of polymerization, head group functionality, and chain structures of the obtained oligo(N-vinylformamide) is investigated. In comparison with N-vinylformamide, the ability of N-vinylacetamide, N-methyl-N-vinylformamide, N-methyl-N-vinylacetamide, and N-vinylpyrrolidone in undergoing a cationically induced polymerization to oligomeric products is investigated. The influence of the NH-elimination on the oligomerization process is investigated with N-deutero-N-vinylformamide as monomer and the 2H NMR analysis of the obtained oligomers. From the results, a new mechanism for the oligomerization of N-vinylformamide is proposed and discussed.