mis lecture interfaces_introduction
TRANSCRIPT
![Page 1: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/1.jpg)
Slide 1Mikrosysteme – Interfaces
Grundlagen Grundlagen Mikro- und NanosystemeMikro- und Nanosysteme
Mikro- und Nanosysteme in der Umwelt, Biologie und MedizinMikro- und Nanosysteme in der Umwelt, Biologie und Medizin
Interfaces, EinführungInterfaces, Einführung
Dr. Marc R. DusseillerDr. Marc R. Dusseiller
![Page 2: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/2.jpg)
Slide 2Mikrosysteme – Interfaces
InterfacesInterfaces
Oberflächenchemie und -ladungOberflächenchemie und -ladung
AdsorbtionsmechanismenAdsorbtionsmechanismen
SAMsSAMs
PolyelektrolytePolyelektrolyte
ProteineProteine
OberflächenanalytikOberflächenanalytik
![Page 3: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/3.jpg)
Slide 3Mikrosysteme – Interfaces
Verfahren in der MikrosystemtechnikVerfahren in der Mikrosystemtechnik
Vielfalt an Anwendungen erfordert vielzahl an VerfahrenVielfalt an Anwendungen erfordert vielzahl an Verfahren
Surface functionalizationSurface functionalization
![Page 4: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/4.jpg)
Slide 4Mikrosysteme – Interfaces
Übersicht OberflächenmodifikationenÜbersicht Oberflächenmodifikationen
![Page 5: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/5.jpg)
Slide 5Mikrosysteme – Interfaces
Oberflächenchemie und -ladungOberflächenchemie und -ladung
![Page 6: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/6.jpg)
Slide 6Mikrosysteme – Interfaces
OberflächenspannungOberflächenspannung
![Page 7: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/7.jpg)
Slide 7Mikrosysteme – Interfaces
OberflächenchemieOberflächenchemie
Tropfen auf OberflächeTropfen auf Oberfläche
![Page 8: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/8.jpg)
Slide 8Mikrosysteme – Interfaces
OberflächenchemieOberflächenchemie
![Page 9: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/9.jpg)
Slide 9Mikrosysteme – Interfaces
OberflächenladungOberflächenladung
Metalloberflächen haben immer eine Oxidschicht, die im wässrigen Metalloberflächen haben immer eine Oxidschicht, die im wässrigen Millieu Ladungen aufnimmtMillieu Ladungen aufnimmt
![Page 10: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/10.jpg)
Slide 10Mikrosysteme – Interfaces
Elektrische DoppelschichtElektrische Doppelschicht
Verteilung der Ladungsträger (Ionen) in der GrenzschichtVerteilung der Ladungsträger (Ionen) in der Grenzschicht
![Page 11: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/11.jpg)
Slide 11Mikrosysteme – Interfaces
Elektrische DoppelschichtElektrische Doppelschicht
Änderung der Ladungsverteilung in der GrenzschichtÄnderung der Ladungsverteilung in der Grenzschicht
![Page 12: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/12.jpg)
Slide 12Mikrosysteme – Interfaces
AdsorbtionsmechanismenAdsorbtionsmechanismen
![Page 13: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/13.jpg)
Slide 13Mikrosysteme – Interfaces
Langmuir Adsorbtions IsothermeLangmuir Adsorbtions Isotherme
http://de.wikipedia.org/wiki/Sorptionsisothermehttp://de.wikipedia.org/wiki/Sorptionsisotherme
![Page 14: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/14.jpg)
Slide 14Mikrosysteme – Interfaces
OberflächenfuntionalisierungOberflächenfuntionalisierung
![Page 15: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/15.jpg)
Slide 15Mikrosysteme – Interfaces
Self-assembled monolayers (SAMs)Self-assembled monolayers (SAMs)
![Page 16: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/16.jpg)
Slide 16Mikrosysteme – Interfaces
Einflüsse auf Self-Assembly von ThiolenEinflüsse auf Self-Assembly von Thiolen
![Page 17: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/17.jpg)
Slide 17Mikrosysteme – Interfaces
SAMs - AlkanethioleSAMs - Alkanethiole
![Page 18: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/18.jpg)
Slide 18Mikrosysteme – Interfaces
SAMs - SilaneSAMs - Silane
![Page 19: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/19.jpg)
Slide 19Mikrosysteme – Interfaces
Biofunktionalisierte SAMsBiofunktionalisierte SAMs
![Page 20: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/20.jpg)
Slide 20Mikrosysteme – Interfaces
SAM PatterningSAM Patterning
![Page 21: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/21.jpg)
Slide 21Mikrosysteme – Interfaces
PolyelektrolytePolyelektrolyte
![Page 22: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/22.jpg)
Slide 22Mikrosysteme – Interfaces
Polyelektrolyte - BeispielPolyelektrolyte - Beispiel
![Page 23: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/23.jpg)
Slide 23Mikrosysteme – Interfaces
Polyelektrolyte - AnwendungPolyelektrolyte - Anwendung
Anwendung von PML für Triggered Drug-Release SystemAnwendung von PML für Triggered Drug-Release System
![Page 24: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/24.jpg)
Slide 24Mikrosysteme – Interfaces
ProteinadsorbtionProteinadsorbtion
Was sind ProteineWas sind Proteine
ISF is a flat spherical molecule with dimensions of 45 x 40 x 25 Å
![Page 25: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/25.jpg)
Slide 25Mikrosysteme – Interfaces
ProteinadsorbtionProteinadsorbtion
Wieso adsorbieren Proteine?Wieso adsorbieren Proteine?
• Hydrophobe WechselwirkungHydrophobe WechselwirkungWeniger Interaktion mit WasserWeniger Interaktion mit Wasser
• Elektrostatische WechselwirkungElektrostatische WechselwirkungProteine und Oberflächen sind geladenProteine und Oberflächen sind geladen
• ππ- - ππ Bindung BindungKohlenstoff RingeKohlenstoff Ringe
• Ionenbrücken-BindungIonenbrücken-BindungMittels divalenter Metall-Ionen (CaMittels divalenter Metall-Ionen (Ca++++, Zn, Zn++++ ...) ...) S
tärk
e d
er I
nt e
rakt
ion
![Page 26: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/26.jpg)
Slide 26Mikrosysteme – Interfaces
Zeit- und Längenskalen Zeit- und Längenskalen
![Page 27: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/27.jpg)
Slide 27Mikrosysteme – Interfaces
ProteinadsorbtionProteinadsorbtion
Vroman EffektVroman Effekt
Zuerst die kleinenZuerst die kleinen
Dann die grossenDann die grossen
![Page 28: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/28.jpg)
Slide 28Mikrosysteme – Interfaces
Brush Polymere – PLL-g-PEGBrush Polymere – PLL-g-PEG
![Page 29: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/29.jpg)
Slide 29Mikrosysteme – Interfaces
Brush Polymere – PLL-g-PEGBrush Polymere – PLL-g-PEG
OO22 Plasma Behandlung von PS or PDMS Plasma Behandlung von PS or PDMS• PS: Oberflächenoxidation - negative charges (COOPS: Oberflächenoxidation - negative charges (COO--))
• PDMS: Glassartige Oberfläche (SiOPDMS: Glassartige Oberfläche (SiO22))
PLL-PLL-gg-PEG -PEG Poly(L-Lysine) Poly(L-Lysine) graftedgrafted Poly(Ethylene Glycol) Poly(Ethylene Glycol)
• self assembly auf negativ geladenen Oberflächenself assembly auf negativ geladenen OberflächenMetalloxide, behandelte PolymereMetalloxide, behandelte Polymere
• resistent gegen Proteinadsorbtionresistent gegen Proteinadsorbtion• funktionelle Gruppenfunktionelle Gruppen
Peptidsequenzen (cont. RGD - integrin binding)Peptidsequenzen (cont. RGD - integrin binding)
Spezifische Bindungsstellen (zb.PLL-Spezifische Bindungsstellen (zb.PLL-gg-PEG/biotin o. -PEG/biotin o. NTA)NTA)
![Page 30: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/30.jpg)
Slide 30Mikrosysteme – Interfaces
NanoarchitekturNanoarchitektur
Aufbau einer intelligenten Nanoarchitektur in einem Prozess mit Aufbau einer intelligenten Nanoarchitektur in einem Prozess mit mehreren Schritten und hoher Selektivität (DNA Hybridisierung)mehreren Schritten und hoher Selektivität (DNA Hybridisierung)
Passivierung (reduktion der unspezifischen Proteinadsorbtion) Passivierung (reduktion der unspezifischen Proteinadsorbtion) zwischen den Binding Sites (PEG-biotin) durch PEGzwischen den Binding Sites (PEG-biotin) durch PEG
Vesicles aus Lipiden können heikle Membranproteine in der Vesicles aus Lipiden können heikle Membranproteine in der Bilayerschicht enthalten oder Biomoleküle in ihrem Volumen Bilayerschicht enthalten oder Biomoleküle in ihrem Volumen aufbewahrenaufbewahren
![Page 31: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/31.jpg)
Slide 31Mikrosysteme – Interfaces
NanoarchitekturNanoarchitektur
Andere Funktionalisierungsmethoden auf PEG BasisAndere Funktionalisierungsmethoden auf PEG Basis
![Page 32: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/32.jpg)
Slide 32Mikrosysteme – Interfaces
SMAPSMAP
Selective Molecular Assembly PatterningSelective Molecular Assembly PatterningSelektive Chemie auf OxidpatternsSelektive Chemie auf Oxidpatterns
![Page 33: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/33.jpg)
Slide 33Mikrosysteme – Interfaces
OberflächenanalytikOberflächenanalytik
![Page 34: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/34.jpg)
Slide 34Mikrosysteme – Interfaces
OberflächenanalytikOberflächenanalytik
Chemisch / PhysikalischChemisch / Physikalisch• XPS (XPS (Röntgenangeregte Photelektronenspektroskopie)Röntgenangeregte Photelektronenspektroskopie)
Vakuum, Chemie der obersten nm (ca 5-15 nm)Vakuum, Chemie der obersten nm (ca 5-15 nm)
• AFM AFM (Raster-Kraft-Mikroskopie)(Raster-Kraft-Mikroskopie)
Topography (Rauhigkeit), VerteilungTopography (Rauhigkeit), Verteilung
• SIMS, ToF-SIMS SIMS, ToF-SIMS (Sekundärionenmassenspektroskopie)(Sekundärionenmassenspektroskopie)
Vakuum, Elementare Zusammensetzung, TiefenprofileVakuum, Elementare Zusammensetzung, Tiefenprofile
• KontaktwinkelKontaktwinkelHydrophilizität, SauberkeitHydrophilizität, Sauberkeit
Biologisch / FunktionalBiologisch / Funktional• Optische MethodenOptische Methoden
OWLS, SPR, EllipsometrieOWLS, SPR, Ellipsometrie
• Gravimetrische MethodenGravimetrische MethodenQCMQCM
• Labeling MethodenLabeling MethodenELISAELISA
Fluoreszenz MikroskopieFluoreszenz Mikroskopie
ELISAELISAEnzyme-Linked ImmunoSorbent AssayEnzyme-Linked ImmunoSorbent Assay
![Page 35: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/35.jpg)
Slide 35Mikrosysteme – Interfaces
OberflächenanalytikOberflächenanalytik
AnwendungenAnwendungen• GrundlagenforschungGrundlagenforschung• Qualitätskontrolle während der Produktion und EntwicklungQualitätskontrolle während der Produktion und Entwicklung
Beschichtungen, Verunreinigungen etc.Beschichtungen, Verunreinigungen etc.• Untersuchen von Implantaten / Grenzefläche Material - KörperUntersuchen von Implantaten / Grenzefläche Material - Körper
![Page 36: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/36.jpg)
Slide 36Mikrosysteme – Interfaces
FluoreszenzFluoreszenz
• Durch Absorbtion wird ein Elektron in einen Durch Absorbtion wird ein Elektron in einen energetisch höheren Zustand versetztenergetisch höheren Zustand versetzt
• Nach geringer Relaxation springt es zurück Nach geringer Relaxation springt es zurück und emitiert ein Photon mit geringerer und emitiert ein Photon mit geringerer Energie, dh. grösserer WellenlängeEnergie, dh. grösserer Wellenlänge
• Zeitskala ist sehr kurz bei FluoreszenzZeitskala ist sehr kurz bei Fluoreszenz• Kann bei Atomen, Molekülen oder Kann bei Atomen, Molekülen oder
Nanopartikel vorkommenNanopartikel vorkommen• Kann gebleicht werdenKann gebleicht werden
![Page 37: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/37.jpg)
Slide 37Mikrosysteme – Interfaces
Fluoreszierende Marker / LabelsFluoreszierende Marker / Labels
Es gibt eine Vielzahl an fluoreszierenden MolekülenEs gibt eine Vielzahl an fluoreszierenden Molekülen• Ganz kleine zb. FITC (fluorescein)Ganz kleine zb. FITC (fluorescein)• Ganze Proteine zb. GFP kann Ganze Proteine zb. GFP kann in vivoin vivo benutzt werden benutzt werden
(Green Fluorescent Protein)(Green Fluorescent Protein)• Nanopartikel (Quantumdots)Nanopartikel (Quantumdots)
Eigene Absorbtion/Emission CharakteristikEigene Absorbtion/Emission Charakteristik
FITCFITC GFPGFP QDOTsQDOTs
![Page 38: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/38.jpg)
Slide 38Mikrosysteme – Interfaces
OWLSOWLS
Optical Waveguide Lightmode SpectroscopyOptical Waveguide Lightmode Spectroscopy
![Page 39: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/39.jpg)
Slide 39Mikrosysteme – Interfaces
OWLSOWLS
Optical Waveguide Lightmode SpectroscopyOptical Waveguide Lightmode Spectroscopy
• Evanescentes FeldEvanescentes Feld• label-freelabel-free• misst absolute Massemisst absolute Masse
• nur auf Waveguidesnur auf Waveguides
![Page 40: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/40.jpg)
Slide 40Mikrosysteme – Interfaces
SPRSPR
Surface Plasmon ResonanceSurface Plasmon Resonance
• Sehr sensitivSehr sensitiv• label-freelabel-free• imaging möglich (10 imaging möglich (10 μμm Auflösung)m Auflösung)
• Nur auf Gold, DünnschichtNur auf Gold, Dünnschicht• Biacore Life Sciences Biacore Life Sciences
http://www.biacore.com/lifesciences/technology/introduction/data_interaction/index.htmlhttp://www.biacore.com/lifesciences/technology/introduction/data_interaction/index.html
![Page 41: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/41.jpg)
Slide 41Mikrosysteme – Interfaces
EllipsometrieEllipsometrie
Analyse von der Reflektion von polarisiertem LichtAnalyse von der Reflektion von polarisiertem Licht
• Optische Eigenschaften von Material und BeschichtungenOptische Eigenschaften von Material und Beschichtungen• Dicke von dünnen FilmenDicke von dünnen Filmen• Imaging möglich (2 Imaging möglich (2 μμm Auflösung)m Auflösung)
• Nur reflektierende OberflächenNur reflektierende Oberflächen• Planare OberflächenPlanare Oberflächen• ModelabhängigkeitModelabhängigkeit
![Page 42: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/42.jpg)
Slide 42Mikrosysteme – Interfaces
QCMQCM
Quartz Crystal MicrobalanceQuartz Crystal Microbalance
• Mechanische SchwingungMechanische Schwingung• EigenschwingungenEigenschwingungen• Dämfung durch AdsorbateDämfung durch Adsorbate
![Page 43: Mis lecture interfaces_introduction](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081512/557e6b0dd8b42a506d8b531d/html5/thumbnails/43.jpg)
Slide 43Mikrosysteme – Interfaces
Bio-SensorenBio-Sensoren
BeispieleBeispiele• Oberflächenbasierte Bio-SensorenOberflächenbasierte Bio-Sensoren• Mikrosensoren in Lab-on-a-Chip devicesMikrosensoren in Lab-on-a-Chip devices• Analyse von MicroarraysAnalyse von Microarrays• Zell-basierte BiosensorenZell-basierte Biosensoren