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Functional Nanocoatings Inspired by Natural Polyphenols
Abstract
Die Entwicklung einfacher und vielseitiger Oberflachenmodifizierungsstrategien ist von groser Relevanz in Wissenschaft und Technologie, um funktionelle Oberflachen mit masgeschneiderten Eigenschaften, wie Adhasion, Benetzbarkeit oder Bioaktivitat zu konzipieren. Grose Bemuhungen wurden der Expansion der existierenden Oberflachen-modifizierungstoolbox zur Darstellung funktioneller Oberflachen gewidmet, welche u. a. self-assembled monolayer (SAM), funktionalisierte Silane, Langmuir-Blodgett Abscheidung, und layer-by-layer Abscheidung beinhaltet. Ein weiteres Werkzeug, welches raumliche und zeitliche Kontrolle uber den Oberflachenmodifizierungsprozess erlaubt, sind photo-basierte Techniken. Kurzlich wurden, inspiriert von der auf einer Vielzahl von Substraten starken Adhasion naturlicher in Foot Proteinen von Muscheln (mfp) vorkommender Polyphenole und adhasiver, pflanzlicher Phenolverbindungen, substratunabhangige Beschichtungsvorlaufer entwickelt. Das Hauptaugenmerk dieser Promotionsarbeit ist die Einfuhrung von Strategien zur photo-induzierten Polymerisation, Abscheidung und Oberflachenstrukturierung pflanzlicher Polyphenole. Zudem werden als Resorcinarene bekannte makrocyclische, synthetische Polyphenole genutzt, um die Oberflachen einiger Substrate zu funktionalisieren. \nIn Kapitel 1 beschreibt eine Einleitung den aktuellen Fortschritt im Feld Muschel-inspirierter, substratunabhangiger Nanobeschichtungen. Im Anschluss werden die Darstellung und Adhasionseigenschaften Muschel-inspirierter Nanobeschichtungen und der Einsatz gunstiger, pflanzlicher Polyphenole und derer Bausteine als Vorlaufer fur die Herstellung multifunktionaler, universeller Beschichtungen geschildert. \nIn Kapitel 2 wird die UV-induzierte Oxidation und Polymerisierung von pflanzlichen Phenolen wie Tanninsaure (TA), Kaffeesaure (CA), Gallussaure (GA) und Pyrogallol (PG) in saurem, neutralen und basischen Milieu beschrieben. Durch Erniedrigung des pH-Wertes der Polyphenollosung bis hin zu sauren Bedingungen konnte die Autooxidation der Polyphenole unter Lichtausschluss verhindert werden, wahrend aus derselben Losung durch Bestrahlung mit UV Licht die Polymerisation, Abscheidung und Oberflachenstrukturierung induziert werden konnte. \nIn Kapitel 3 wird eine von der Natur inspirierte Strategie beschrieben, welche die Autooxidation einer kleinen Bibliothek von neun Polyphenolen unter basischen Bedingungen (pH 8.0) verzogert und behindert. Durch Nutzung der drei naturlichen Antioxidantien Natriumascorbat (SA), Glutathion (GSH) und Harnsaure (UA) wurde die Oxidation der Phenolverbindungen verlangsamt. Die Bestrahlung der Losung von Polyphenolen und Antioxidantien mit UV-Licht konnte die Oxidation und Polymerisierung initiieren, was genutzt wurde um Muster im Mikromasstab von verschiedenen pflanzlichen Polyphenolen auf einer Oberflache zu erzeugen. Es war moglich die Oxidation und Polymerisation in Anwesenheit von Antioxidantien zu kontrollieren, was einheitlichere Polyphenol Nanobeschichtungen auf der Oberflache ermoglichte. \nIn Kapitel 4 wird die Oberflachenmodifizierung einer Vielzahl von Substraten mittels Tauchbeschichtung unter Verwendung verdunnter Losungen von makrocyclischen, als Resorcin[4]arene bekannten Polyphenolen beschrieben. Einerseits tragen acht Hydroxylgruppen dieser bifunktionellen Resorcin[4]aren-Molekulen zur Adhasion bei, da sie als mehrfache Ankerpunkte zur Oberflache dienen. Andererseits kann der untere Rand mit unterschiedlichen Seitenketten versehen werden, um erwunschte chemische und physikalische Funktionalitaten an der Substratoberflache einzufuhren. Eine Resorcin[4]aren-Verbindung mit vier Alkenyl-Gruppen am unteren Rand (C-dec-9-enylresorcin[4]arene) wurde synthetisiert und in nur einem Schritt zur Oberflachenmodifikation mittels Tauchbeschichtung verwendet. Thiol-En Photoclick-Chemie wurde verwendet, um die mit Resorcin[4]aren modifizierte Oberflache mit hydrophilen und hydrophoben Gruppen zu funktionalisieren. \nIn Kapitel 5 werden verschiedene zur Kontrolle der Polymerisation und Abscheidung von pflanzlichen Polyphenole genutzten Strategien diskutiert. Durch Nutzung dieser Strategien wurde eine raumliche und zeitliche Kontrolle der Abscheidung erzielt, was die Bildung einheitlicherer Nanobeschichtungen auf der Oberflache ermoglichte. Eine kurze Zusammenfassung Resorcinarene basierter Oberflachenfunktionalisierung wird vorgestellt und ein Ausblickt gegeben.