Nanoparticles 185 application/pdf 2008-12-18 Fachbereich Physik Quantenpunkt Monodisperses System Kolloidphysik Biokonjugation ths Prof. Parak Wolfgang Parak, Wolfgang (Prof.) Subject of this cumulative dissertation is the surface modification, functionalization and bioconjugation of inorganic colloidal nanoparticles. Such particles have a diameter of about 1 – 100 nm and consist of an inorganic, crystalline core that is commonly covered by a shell of organic ligand molecules. These ligand molecules control the growth of the particles during synthesis and also stabilize the particles in solution against aggregation. Besides the core material, the particle surface determines the properties of the particles, as to their interaction with the surrounding medium and to chemical and biological functionality that can be modified by reactive groups and biomolecules. This work aimed to functionalize the surface of colloidal nanoparticles in a controlled fashion and to modify the particles with molecules that provide stability in biological relevant, aqueous environment and that possibly also provide specific interaction with biological systems. First hydrophobic nanoparticles, e.g. made of gold or CdSe/ZnS, were transferred from organic to the aqueous phase by means of an amphiphilic polymer. The polymer consists of carboxylic groups that stabilize the particles by electrostatic repulsion and provide anchor groups for further chemical functionalization. Besides the direct functionalization of the amphiphilic polymer in organic solution, different molecules could be bound to the polymer shell in aqueous solution, regardless to the core material. By means of poly(ethylene glycol), PEG, an inert linear polymer, the particles could be sterically stabilized. Bifunctional PEG with different functional groups allows for modification of the particles with new chemical functions. By means of sufficiently large PEG molecules, a separation of particles with exactly one or two reactive functional groups could be achieved by gel electrophoresis. For the size characterization of nanoparticles, different complementary methods were compared. The system was applied to particles of different core materials and different functional molecules. Complementary to this, citrate-stabilized gold nanoparticles were modified by thiol-modified DNA and characterized by gel electrophoresis which provided information about the DNA conformation. In a collaborative work it was demonstrated that such DNA-modified particles can be used for the detection of DNA oligomers by laser-induced melting of nanoparticle aggregates. Nanocrystals Nanopartikel Thema dieser kumulativen Dissertation ist die Oberflächenmodifikation, Funktionalisierung und Biokonjugation anorganischer kolloidaler Nanopartikel. Solche Partikel besitzen einen Durchmesser zwischen ca. 1 und 100 nm und bestehen aus einem anorganischen, kristallinen Kern, der üblicherweise durch eine Schicht organischer Ligandenmoleküle bedeckt ist. Diese Ligandenmoleküle kontrollieren einerseits das Wachstum der Nanokristalle bei der Synthese und stabilisieren andererseits die Partikel in Lösung gegen Aggregation. Neben dem Kernmaterial bestimmt die Oberfläche maßgeblich die Eigenschaften der Nanopartikel, in Hinsicht auf das Verhalten im umgebenden Medium sowie die chemische und biologische Funktionalität, die durch chemische Gruppen und Biomoleküle modifiziert werden kann. Ziel dieser Arbeit war es, die Oberfläche von kolloidalen Nanopartikeln kontrolliert zu funktionalisieren und mit Molekülen zu versehen, die die Partikel in biologisch relevanter, wässriger Umgebung stabil halten und ggf. eine spezifische Wechselwirkung mit biologischen Systemen ermöglichen. Zunächst wurden hydrophobe Nanopartikel aus z.B. Gold oder CdSe/ZnS mit Hilfe eines amphiphilen Polymers von der organischen in die wässrige Phase überführt. Das Polymer besitzt Carboxylgruppen, die die Partikel durch elektrostatische Abstoßung stabilisieren und als Ankergruppen für die weitere chemische Funktionalisierung dienen. Neben der direkten Funktionaliserung des amphiphilen Polymers in organischer Lösung konnten verschiedene Moleküle an die Nanopartikel mit Polymerhülle in wässriger Lösung angebunden werden, unabhängig vom Kernmaterial der Partikel. Mit Hilfe von Polyethylenglycol (PEG), einem inerten linearen Polymer, konnten die Partikel zusätzlich sterisch stabilisiert werden. Ein bifunktionales PEG mit verschiedenen funktionellen Endgruppen erlaubte es, die Partikel mit neuen chemischen Funktionen zu versehen. Bei hinreichend großen PEG Molekülen konnte durch Gelelektrophorese eine Trennung von Partikeln mit genau einer oder zwei reaktiven funktionellen Gruppen erreicht werden. Für die Größencharakterisierung von Nanopartikeln wurden verschiedene komplementäre Methoden miteinander verglichen. Das System wurde auf verschiedene Kernmaterialien und funktionale Moleküle erweitert. Komplementär dazu wurden citrat-stabilisierte Goldpartikel mit thiol-modifizierter DNA versehen und durch Gel-Elektrophorese charakterisiert, was über den Partikeldurchmesser Rückschlüsse auf die DNA Konformation ermöglichte. Zusätzlich wurde im Rahmen einer Kollaboration gezeigt, dass solche DNA-modifizierte Partikel dazu verwendet werden können, DNA-Oligomere durch Laser-induziertes Aufschmelzen von Partikelaggregaten nachzuweisen. Teilchen Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg Universitätsbibliothek Marburg Nichtwässriges Kolloid Oberflächenchemie Natural sciences + mathematics Naturwissenschaften Functionalization Oberflächenmodifikation und Funktionalisierung von kolloidalen Nanopartikeln opus:2264 Colloids Sperling, Ralph Alexander Sperling Ralph Alexander Bionjugation English Philipps-Universität Marburg 2008 https://doi.org/10.17192/z2009.0061 2009-01-20 2011-08-10 Surface Modification and Functionalization of Colloidal Nanoparticles Kolloid Physik Nanokristalle Kolloidchemie doctoralThesis monograph https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2009/0061/cover.png urn:nbn:de:hebis:04-z2009-00614