@phdthesis{Schulze2016,
  author    = {Schulze, Marcus},
  title     = {Ruthenium Complexes as Water Oxidation Catalysts and Photosensitizers},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-142454},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit werden Aspekte der photokatalytischen Wasseroxidationsreaktion behandelt. Der erste Themenschwerpunkt der Dissertation besch{\"a}ftigt sich mit einem supramolekularen Makrozyklus, der drei Rutheniummetallzentren enth{\"a}lt. Dieser neuartige Katalysator zeigt eine sehr hohe katalytische Aktivit{\"a}t und gew{\"a}hrt neue Einblicke in den Mechanismus der Wasseroxidationsreaktion. Des Weiteren wird auf die mit Licht interagierenden Komponenten der photokatalytischen Wasseroxidation eingegangen. Hierbei haben sich azabenz-anellierte Perylenderivate als vielseitige Farbstoffklasse herausgestellt. Die Kombination dieser Farbstoffe mit Metallkomplexen liefert metallorganische Verbindungen, die als Photosensibilisatoren eingesetzt werden k{\"o}nnen.},
  subject      = {Farbstoff},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wagner2019,
  author    = {Wagner, Wolfgang},
  title     = {Supramolecular Block Copolymers by Seeded Living Supramolecular Polymerization of Perylene Bisimides},
  doi       = {10.25972/OPUS-19300},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-193004},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The research on supramolecular polymerization has undergone a rapid development in the last two decades, particularly since supramolecular polymers exhibit a broad variety of functionalities and applications in organic electronics, biological science or as functional materials (Chapter 2.1). Although former studies have focused on investigation of the thermodynamics of supramolecular polymerization (Chapter 2.2), the academic interest in the recent years shifted towards gaining insight into kinetically controlled self-assembly and pathway complexity to generate novel out-of-equilibrium architectures with interesting nanostructures and features (Chapter 2.3). Along this path, the concepts of seeded and living supramolecular polymerization were recently developed to enable the formation of supramolecular polymers with controlled length and low polydispersity under precise kinetic control (Chapter 2.4). Besides that, novel strategies were developed to achieve supramolecular copolymerization resulting in complex multicomponent nanostructures with different structural motives. The classification of these supramolecular copolymers on the basis of literature examples and an overview of previously reported principles to create such supramolecular architectures are provided in Chapter 2.5. The aim of the thesis was the non-covalent synthesis of highly desirable supramolecular block copolymers by the approach of living seeded supramolecular polymerization and to study the impact of the molecular shape of the monomeric building blocks on the supramolecular copolymerization. Based on the structure of the previously investigated PBI organogelator H-PBI a series of novel PBIs, bearing identical hydrogen-bonding amide side-groups in imide-position and various kind or number of substituents in bay-position, was synthesized and analyzed within this thesis. The new PBIs were successfully obtained in three steps starting from the respective bromo-substituted perylene-3,4:9,10-tetracarboxylic acid tetrabutylesters or from the N,N'-dicyclohexyl-1,7-dibromoperylene-3,4:9,10-tetracarboxylic acid bisimide. All target compounds were obtained in the final step by imidization reactions of the respective perylene tetracarboxylic acid bisanhydride precursors with N-(2-aminoethyl)-3,4,5-tris(dodecyloxy)-benzamide and were fully characterized by 1H and 13C NMR spectroscopy as well as high resolution mass spectrometry. The variation of bay-substituents strongly changes the optical properties of the monomeric PBIs which were investigated by UV/vis and fluorescence spectroscopy. The increase of the number of the methoxy-substituents provokes, for example, a red-shift of the absorption maxima concomitant with a decrease of extinction coefficients and leads to a drastic increase of the fluorescence quantum yields. Furthermore, the molecular geometry of the PBIs is also affected by variations of the bay-substituents. Thus, increasing the steric demand of the bay-substituents leads to an enlargement of the twist angles of the PBI cores as revealed by DFT calculations. Especially the 1,7-dimethoxy bay-substituted MeO-PBI proved to be very well-suited for the studies envisioned within this thesis. The self-assembly of this PBI derivative was analyzed in detail by UV/vis, fluorescence and FT-IR spectroscopy as well as atomic force microscopy (Chapter 3). These studies revealed that MeO-PBI forms in a solvent mixture of methylcyclohexane and toluene (2:1, v/v) kinetically trapped off-pathway H-aggregated nanoparticles upon fast cooling of a monomeric solution from 90 to 20 °C. However, upon slow cooling of the monomer solution fluorescent J-type nanofibers are formed by π π interactions and intermolecular hydrogen-bonding. The kinetically metastable off-pathway H-aggregates can be transformed into the thermodynamically more favored J-type aggregates by addition of seeds, which are produced by ultrasonication of the polymeric nanofibers. Interestingly, the living character of this seed-induced supramolecular polymerization process was proven by a newly designed multicycle polymerization experimental protocol. This living polymerization experiment clearly proves, that the polymerization can only occur at the "active" ends of the polymeric seed and that almost no recombination or chain termination processes are present. Hence, the approach of living supramolecular polymerization enables the formation of supramolecular polymers with controlled length and narrow polydispersity. In Chapter 4 the copolymerization of MeO-PBI with the structurally similar 1,7-dichloro (Cl-PBI) and 1,7-dimethylthio (MeS-PBI) bay-substituted PBIs is studied in detail. Both PBIs form analogous to MeO-PBI kinetically trapped off-pathway aggregates, which can be converted into the thermodynamically stable supramolecular polymers by seed-induced living supramolecular polymerization under precise kinetic control. However, the stability of the kinetically trapped aggregates of Cl-PBI and MeS-PBI is distinctly reduced compared to that of MeO-PBI, because the π-π-interactions of the kinetically metastable aggregates are hampered through the increased twisting of the PBI-cores of the former PBIs. UV/vis studies revealed that the two-component seeded copolymerization of the kinetically trapped state of MeO-PBI with seeds of Cl-PBI leads to the formation of unprecedented supramolecular block copolymers with A-B-A pattern by a living supramolecular polymerization process at the termini of the seeds. Remarkably, the resulting A-B-A block pattern of the obtained copolymers was clearly confirmed by atomic force microscopy studies as the respective blocks formed by the individual monomeric units could be distinguished by the pitches of the helical nanofibers. Moreover, detailed UV/vis and AFM studies have shown that by inverted two-component seed-induced polymerization, e.g., upon addition of seeds of MeO-PBI to the kinetically trapped aggregates of Cl-PBI, triblock supramolecular copolymers with B-A-B pattern can be generated. The switching of the block pattern could only be achieved because of the perfectly matching conditions for the copolymerization process and the tailored molecular geometry of the individual building blocks of both PBIs. These studies have demonstrated for the first time, that the block pattern of a supramolecular copolymer can be modulated by the experimental protocol through the approach of living supramolecular polymerization. Furthermore, by UV/vis analysis of the living copolymerization of MeO-PBI and MeS-PBI similar results were obtained showing also the formation of both A-B-A and B-A-B type supramolecular block copolymers. Although for these two PBIs the individual blocks could not be identified by AFM because the helical nanofibers of both PBIs exhibit identical helical pitches, these studies revealed for the first time that the approach of seeded living polymerization is not limited to a special pair of monomeric building blocks. In the last part of the thesis (Chapter 5) a systematic study on the two-component living copolymerization of PBIs with various sterical demanding bay-substituents is provided. Thus, a series of PBIs containing identical hydrogen-bonding amide groups in imide position but variable number (1-MeO-PBI, MeO-PBI, 1,6,7-MeO-PBI, 1,6,7,12-MeO-PBI) or size (EtO-PBI, iPrO-PBI) of alkoxy bay-substituents was investigated. The molecular geometry of the monomeric building blocks has a strong impact on the thermodynamically and even more pronounced on the kinetically controlled aggregation in solvent mixtures of MCH and Tol. While the mono- and dialkoxy-substituted PBIs form kinetically metastable species, the self-assembly of the tri- and tetramethoxy-substituted PBIs (1,6,7-MeO-PBI and 1,6,7,12-MeO-PBI) is completely thermodynamically controlled. The two 1,7-alkoxy substituted PBIs (EtO-PBI, iPrO-PBI) form very similar to MeO-PBI kinetically off-pathway H-aggregates and thermodynamically more favored J-type aggregates. However, the stability of the kinetically metastable state is drastically lower and the conversion into the thermodynamically favored state much faster than for MeO-PBI. In contrast, the monomethoxy-substituted PBI derivative (1-MeO-PBI) forms a kinetically trapped species by intramolecular hydrogen-bonding of the monomers, which can be transformed into the thermodynamically favored nanofibers by seeded polymerization. Importantly, the two-component seeded copolymerization of the kinetically trapped MeO PBI with seeds of other PBIs of the present series was studied by UV/vis and AFM revealing that the formation of supramolecular block copolymers is only possible for appropriate combinations of PBI building blocks. Thus, the seeded polymerization of the trapped state of the moderately core-twisted MeO-PBI with the, according to DFT-calculations, structurally similar PBIs (EtO-PBI and iPrO-PBI) leads to the formation of A-B-A block copolymers, like in the seeded copolymerization of MeO-PBItrapped with seeds of Cl-PBI and MeS-PBI already described in Chapter 4. However, by addition of seeds of the almost planar PBIs (H-PBI and 1-MeO-PBI) or seeds of the strongly core-twisted PBIs (1,6,7-MeO-PBI and 1,6,7,12-MeO-PBI) to the kinetically trapped state of MeO-PBI no block copolymers can be obtained. The mismatching geometry of these molecular building blocks strongly hampers both the intermolecular hydrogen-bonding and the π-π-interactions between the two different PBIs and consequently prevents the copolymerization process. Furthermore, the studies of the two-component seeded copolymerization of the kinetically trapped species of 1-MeO-PBI with seeds of the other PBIs also corroborated that a precise shape complementarity is crucial to generate supramolecular block copolymers. Thus, by addition of seeds of H-PBI to the kinetically trapped monomers of 1-MeO-PBI supramolecular block copolymers were generated. Both PBIs exhibit an almost planar PBI core according to DFT-calculations leading to strong non-covalent interactions between these PBIs. This perfectly matching geometry of both PBIs also enables the inverted seeded copolymerization of the kinetically trapped monomers of H-PBI with 1-MeO-PBIseed concomitant with a switching of the block pattern of the supramolecular copolymer from A-B-A to B-A-B type. In contrast, the seeding with the moderately twisted (MeO-PBI, EtO-PBI and iPrO-PBI) and the strongly twisted PBIs (1,6,7-MeO-PBI and 1,6,7,12 MeO-PBI) has no effect on the kinetically trapped state of 1-MeO-PBI, because the copolymerization of these PBIs is prevented by the mismatching geometry of the molecular building blocks. In conclusion, the supramolecular polymerization and two-component seeded copolymerization of a series of PBI monomers was investigated within this thesis. The studies revealed that the thermodynamically and kinetically controlled self-assembly can be strongly modified by subtle changes of the monomeric building blocks. Moreover, the results have shown that living supramolecular polymerization is an exceedingly powerful method to generate unprecedented supramolecular polymeric nanostructures with controlled block pattern and length distribution. The formation of supramolecular block copolymers can only be achieved under precise kinetic control of the polymerization process and is strongly governed by the shape complementarity already imparted in the individual components. Thus, these insightful studies might enable a more rational design of monomeric building blocks for the non-covalent synthesis of highly complex supramolecular architectures with interesting properties for possible future applications, e.g., as novel functional materials.},
  subject      = {Supramolekulare Chemie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kunz2018,
  author    = {Kunz, Valentin},
  title     = {Supramolecular Approaches for Water Oxidation Catalysis with Ruthenium Complexes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-154820},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {The catalytic splitting of water into its elements is an important reaction to establish hydrogen as a solar fuel. The bottle-neck of this process is considered to be the oxidative half reaction generating oxygen, and good catalysts are required to handle the complicated redox chemistry involved. As can be learned from nature, the incorporation of the catalytically active species into an appropriate matrix can help to improve the overall performance. Thus, the aim of the present thesis was to establish novel supramolecular approaches to improve water oxidation catalysis using the catalytically active {Ru(bda)} fragment as key motive (bda = 2,2'-bipyridine-6,6'-dicarboxylate). First, the synthesis of ruthenium catalysts gathering three {Ru(bda)} water oxidation subunits in a macrocyclic fashion is described. By using bridging bipyridine ligands of different lengths, metallosupramolecular macrocycles with distinct sizes have been obtained. Interestingly, an intermediate ring size has been proven to be optimal for the catalytic water oxidation. Detailed kinetic, spectroscopic, and theoretical studies helped to identify the reaction mechanism and to rationalize the different catalytic activities. Furthermore, solubilizing side chains have been introduced for the most active derivative to achieve full water solubility. Secondly, the {Ru(bda)} fragment was embedded into supramolecular aggregates to generate more stable catalytic systems compared to a homogeneous reference complex. Therefore, the catalyst fragment was equipped with axial perylene bisimide (PBI) ligands, which facilitate self-assembly. Moreover, the influence of the different accessible aggregate morphologies on the catalytic performance has been investigated.},
  subject      = {Ruthenium Komplexe},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Seifert2018,
  author    = {Seifert, Sabine},
  title     = {New Electron-Deficient Polycyclic Aromatic Dicarboximides by Palladium-Catalyzed C-C Coupling and Core Halogenation-Cyanation},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-156200},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {The thesis describes the development of new synthetic strategies towards planar nanometer-sized and electron-deficient polycyclic aromatic dicarboximides, which are rather unexplored compared with the large variety of electron-rich polycyclic aromatic hydrocarbons and nanographenes. Thus, new polycyclic aromatic systems containing a different number of dicarboximide groups were designed since this class of compounds has revealed its significance in the past due to a range of desirable molecular properties and its high thermal and photochemical stability. The synthetic concept towards these systems includes different C-C coupling techniques that were combined within coupling cascade reactions. Therefore, this thesis provides new insights into the reactivity of aromatic substrates and elucidates mechanistic aspects of C-C coupling cascade reactions to facilitate the precise design of new and desirable materials based on polycyclic aromatic dicarboximides. Furthermore, structure-property relationships as well as the optical and electrochemical properties were investigated by UV/Vis absorption and fluorescence spectroscopy and cyclic or square wave voltammetry. Insights into the molecular structures in the solid state were obtained by single-crystal X-ray analysis. In subsequent studies, highly electron-deficient perylene bisimides and their reduced species have been investigated in detail. Thus, core-functionalized perylene bisimides were synthesized and UV/Vis absorption spectroscopy, spectroelectrochemistry and cyclic or square wave voltammetry were used to determine their optical properties and the stability of the individual reduced species.},
  subject      = {Kupplungsreaktion},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kirchner2019,
  author    = {Kirchner, Eva},
  title     = {Discrete Supramolecular Stacks by Self-Assembly and Folding of Bis(merocyanine) Dyes},
  doi       = {10.25972/OPUS-15941},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-159419},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The present thesis describes the development of a strategy to create discrete finite-sized supramolecular stacks of merocyanine dyes. Thus, bichromophoric stacks of two identical or different chromophores could be realized by folding of bis(merocyanine) dyes and their optical properties were discussed in terms of exciton theory. Quantum chemical calculations revealed strong exciton coupling between the chromophores within the homo- and hetero-π-stacks and the increase of the J-band of the hetero-dimers with increasing energy difference between the excited states of the chromophores could be attributed not only to the different magnitudes of transition dipole moments of the chromophores but also to the increased localization of the excitation in the respective exciton state. Furthermore, careful selection of the length of the spacer unit that defines the interplanar distance between the tethered chromophores directed the self-assembly of the respective bis(merocyanines) into dimers, trimers and tetramers comprising large, structurally precise π-stacks of four, six or eight merocyanine chromophores. It could be demonstrated that the structure of such large supramolecular architectures can be adequately elucidated by commonly accessible analysis tools, in particular NMR techniques in combination with UV/vis measurements and mass spectrometry. Supported by TDDFT calculations, the absorption spectra of the herein investigated aggregates could be explained and a relationship between the absorption properties and the number of stacking chromophores could be established based on exciton theory.},
  subject      = {Merocyanine},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bialas2017,
  author    = {Bialas, David},
  title     = {Exciton Coupling in Homo- and Heterostacks of Merocyanine and Perylene Bisimide Dyes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-152418},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {In the present thesis it could be demonstrated that strong exciton coupling does not only occur between same type of chromophores but also between chromophores with different excited state energies. The coupling significantly influences the optical absorption properties of the heterostacks comprising merocyanine and perylene bisimide dyes, respectively, and is an indication for coherent energy transfer between the chromophores. In addition, bis(merocyanine)-C60 conjugates have been synthesized, which self-assemble in non-polar solvents resulting in well-defined supramolecular p/n-heterojunctions in solution. These model systems enabled femtosecond transient absorption studies on the photoinduced electron transfer process, which is a key step for the formation of charge carriers in organic solar cells.},
  subject      = {Exziton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Liess2017,
  author    = {Liess, Andreas},
  title     = {Structure-Property Relationships of Merocyanine Dyes in the Solid State: Charge Transport and Exciton Coupling},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-152900},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {The present thesis demonstrates the importance of the solid state packing of dipolar merocyanine dyes with regard to charge transport and exciton coupling. Due to the charge transport theory for disordered materials, it is expected that high ground state dipole moments in amorphous thin films lead to low mobility values due to a broadening of the density of states. However, due to their inherent dipolarity, merocyanine dyes usually align in antiparallel dimers in an ordered fashion. The examination of twenty different molecules with ground state dipole moments up to 15.0 D shows that by a high dipolarity and well-defined sterics, the molecules pack in a highly regular two-dimensional brickwork-type structure, which is beneficial for hole transport. Utilization of these molecules for organic thin-film transistors (OTFTs) leads to hole mobility values up to 0.21 cm²/Vs. By fabrication of single crystal field-effect transistors (SCFETs) for the derivative showing the highest mobility values in OTFTs, even hole mobilities up to 2.34 cm²/Vs are achieved. Hence, merocyanine based transistors show hole mobility values comparable to those of conventional p-type organic semiconductors and therefore high ground state dipole moments are not necessarily disadvantageous regarding high mobility applications. By examination of a different series of ten merocyanine dyes with the same chromophore backbone but different donor substituents, it is demonstrated that the size of the donor has a significant influence on the optical properties of thin films. For small and rigid donor substituents, a hypsochromic shift of the absorption compared to the monomer absorption in solution is observed due to the card stack like packing of the molecules in the solid state. By utilization of sterical demanding or flexible donor substituents, a zig-zag type packing is observed, leading to a bathochromical shift of the absorption. These packing motifs and spectral shifts with an offset of 0.93 eV of the H- and J-bands comply with the archetype examples of H- and J-aggregates from Kasha's exciton theory.},
  subject      = {Exziton},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Berberich2012,
  author    = {Berberich, Martin},
  title     = {Rylene Bisimide-Diarylethene Photochromic Systems for Non-Destructive Memory Read-out},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73517},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Diese Doktorarbeit zeigt deutlich verbesserte aus Rylenbisimiden und Diarylethenen aufgebaute, photochrome Systeme f{\"u}r das nicht-destruktive Auslesen von Fluoreszenz. Dabei wird die Fluoreszenz der Emittereinheit durch photoinduzierten Elektronentransfer nur zu einer isomeren Form des Photochromes gel{\"o}scht. Die Triebkraft f{\"u}r den Fluoreszenz-l{\"o}schenden Elektronentransfer wurde mittels Rehm-Weller-Gleichung berechnet. Die erhaltenen Systeme erf{\"u}llen die notwendigen Anforderungen f{\"u}r ein nicht-destruktives Auslesen in einem auf Schreiben, Auslesen und L{\"o}schen basierenden fluoreszierenden Datenspeicher.},
  subject      = {Photochromie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Beer2011,
  author    = {Beer, Meike Vanessa},
  title     = {Correlation of ligand density with cell behavior on bioactive hydrogel layers},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-74454},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Diese Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der Quantifizierung von Zelladh{\"a}sion vermittelnden Liganden in und auf d{\"u}nnen Hydrogelschichten, die zur Oberfl{\"a}chenmodifizierung auf Biomaterialien aufgebracht wurden. Das bereits etablierte und gut charakterisierte inerte NCO-sP(EO-stat-PO) Hydrogelsystem, das eine einfache und reproduzierbare Bioaktivierung mit Peptiden erlaubt, wurde als Basis f{\"u}r diese Arbeit verwendet. Diese Hydrogele k{\"o}nnen auf zwei Weisen funktionalisiert werden. Liganden k{\"o}nnen entweder mit der Prepolymerl{\"o}sung vor der Beschichtung gemischt (Einmischmethode) oder frische Hydrogelschichten mit einer Ligandenl{\"o}sung inkubiert werden (Inkubationsmethode). Der erste Teil dieser in drei Hauptteile unterteilten Arbeit, besch{\"a}ftigte sich mit der Konzentrationsbestimmung der Liganden in der gesamten Tiefe der Hydrogelschicht, w{\"a}hrend sich der zweite Teil auf die oberfl{\"a}chensensitive Quantifizierung von Zelladh{\"a}sion vermittelnden Molek{\"u}len an der biologischen Grenzfl{\"a}che konzentrierte. Die Ergebnisse wurden mit Zelladh{\"a}sionskinetiken verglichen. Der dritte Teil dieser Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der biochemischen als auch strukturellen Nachahmung der komplexen Extrazellul{\"a}rmatrix (ECM). Das ECM Protein Fibronektin (FN) wurde {\"u}ber Zucker-Lektin Anbindung pr{\"a}sentiert und Zellverhalten auf diesen biomimetischen Oberfl{\"a}chen untersucht. Ebenfalls wurde Zellverhalten in einer dreidimensionalen Faserumgebung mit identischer Oberfl{\"a}chenchemie wie in den beiden ersten Teilen dieser Arbeit untersucht und mit der Peptidkonzentration korreliert. Insgesamt, war die Hauptfragestellung in dieser Arbeit 'Wie viel?', d.h. einerseits die Ermittlung der maximalen, als auch der f{\"u}r Zelladh{\"a}sion optimalen Ligandendichte. Im ersten praktischen Teil der vorliegenden Arbeit (Klassische Quantifizierung) wurden Liganden in der gesamten Hydrogelschicht, als auch speziell in oberen Bereichen der Schichten quantifiziert. Die Untersuchung der Hydrogelschichten in Wellplatten und auf Glas funktionalisiert mit GRGDS und 125I-YRGDS erfolgte in Kapitel 3 mittels Radioaktivmessung. Wurden Hydrogelschichten mittels Inkubationsmethode funktionalisiert, konnte eine S{\"a}ttigung mit Liganden bei etwa 600 µg/mL ermittelt werden. Mittels Einmischmethode funktionalisierte Hydrogele erreichten keine maximale Ligandenkonzentration in den Schichten, mit dem Verh{\"a}ltnis 2/1 als maximales verwendetes Verh{\"a}ltnis. H{\"o}here Liganden zu Prepolymer Verh{\"a}ltnisse als 2/1 wurden jedoch nicht verwendet, um eine ausreichende Vernetzung der Hydrogele nicht zu gef{\"a}hrden. Zur Detektion mittels R{\"o}ntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und Flugzeit-Sekund{\"a}rionen-Massen-spektrometrie (TOF-SIMS) (Kapitel 4) wurden eine fluorierte Aminos{\"a}ure und ein iodiertes Peptid mit den Prepolymeren in molaren Verh{\"a}ltnissen von 1/2, 1/1 und 2/1 gemischt. Beide Methoden ermittelten eine maximale Ligandenkonzentration bei Verh{\"a}ltnissen von 1/1. Zus{\"a}tzliche Liganden (2/1) f{\"u}hrten zu keiner vermehrten Anbindung. Wesentlich im Zusammenhang mit der Ligandenquantifizierung auf Biomaterialien ist, diese an der Oberfl{\"a}che, die f{\"u}r Zellen zug{\"a}nglich ist, durchzuf{\"u}hren. Im zweiten Teil dieser Arbeit (Oberfl{\"a}chensensitive Quantifizierung) kamen daher Methoden zum Einsatz, die Liganden ausschließlich auf der Oberfl{\"a}che quantifizierten. Zur Detektion mit Oberfl{\"a}chenplasmon-resonanz (SPR) und akustischer Oberfl{\"a}chenwellentechnologie (SAW) in Kapitel 5 musste die Standardbeschichtung der Hydrogele von Glas und Silikon auf Cystamin funktionalisierte Goldoberfl{\"a}chen {\"u}bertragen werden. Mittels Ellipsometrie und Rasterkraftmikroskopie (AFM) konnte nur eine d{\"u}nne und inhomogene Hydrogelbeschichtung nachgewiesen werden. Dennoch zeigten SPR und SAW die Unterbindung von Serum und Streptavidin (SA) Adsorption auf nicht funktionalisierten Schichten, jedoch eine spezifische und konzentrationsabh{\"a}ngige SA Bindung auf Hydrogelschichten, die mit Biocytin und GRGDSK-biotin funktionalisiert wurden. Die Ligandenquantifizierung mittels Enzymgekoppeltem Immunadsorptionstest (ELISA) und Enzymgekoppelten Lektinadsorptionstest (ELLA) (Kapitel 6) wurde auf Hydrogelschichten in Wellplatten und auf Glas angewendet, die mit verschiedenen Liganden mittels Inkubation und Einmischung funktionalisiert wurden. Das Modellmolek{\"u}l Biocytin, das biotinylierte Peptid GRGDSK-biotin, das ECM Protein Fibronektin (FN), als auch die Modellzucker N-Acetyl-glukosamin (GlcNAc) und N-Acetyllaktosamin (LacNAc) konnten spezifisch in verschiedenen Konzentrationen nachgewiesen werden. Beispielhaft seien hier Schichten auf Glas genannt, die mittels Einmischmethode mit GRGDSK-biotin funktionalisiert wurden, da diese zum Vergleich in Kapitel 8 herangezogen wurden. Auf diesen Oberfl{\"a}chen wurde eine maximale Peptidkonzentration auf der Oberfl{\"a}che bei einem Peptid zu Prepolymer Verh{\"a}ltnis von 1/5 ermittelt. Neben diesen verschiedenen Quantifzierungsmethoden ist die in vitro Analyse mit Zellen nicht zu vernachl{\"a}ssigen (Kapitel 7). Hierzu wurden Hydrogele auf Glas aufgebracht und mit GRGDS mittels Einmischmethode funktionalisiert. Durch Z{\"a}hlen adh{\"a}renter prim{\"a}rer humaner dermaler Fibroblasten (HDF) auf Mikroskopbildern wurde eine maximale Zelladh{\"a}sion bei dem Peptid zu Prepolymer Verh{\"a}ltnis von 1/5 festgestellt. Hingegen wurde ein Verh{\"a}ltnis von 1/2 f{\"u}r optimale Zelladh{\"a}sion ermittelt, wenn Zellen zur Quantifizierung von den Hydrogelen abgel{\"o}st und im CASY® Zellz{\"a}hler quantifiziert wurden. Zus{\"a}tzlich wurde die Zellvitalit{\"a}t durch Messung intrazellul{\"a}rer Enzymaktivit{\"a}ten gemessen, jedoch konnte kein Zusammenhang zwischen Zellvitalit{\"a}t und GRGDS Konzentration hergestellt werden. Adh{\"a}rente HDFs waren in allen F{\"a}llen vital, unabh{\"a}ngig von der Ligandenkonzentration auf der Oberfl{\"a}che. Auch die Mausfibroblasten Zelllinie NIH L929 wurde auf Hydrogelen mit verschiedenen GRGDS zu Prepolymer Verh{\"a}ltnissen durch Z{\"a}hlen adh{\"a}renter Zellen auf Mikroskopbildern untersucht. Diese im Verh{\"a}ltnis zu HDFs wesentlich kleineren Mauszellen ben{\"o}tigten h{\"o}here GRGDS Konzentrationen (2/1) f{\"u}r maximale Zelladh{\"a}sion. Nach der Ligandenquantifizierung in Kapitel 3 bis 7, wurden diese Ergebnisse in Kapitel 8 miteinander verglichen. Hierzu wurden Messungen auf Hydrogelschichten verwendet, die mittels Einmischmethode funktionalisiert wurden. W{\"a}hrend die Quantifizierung mittels Radioaktivmessung in der gesamten Tiefe der Hydrogelschichten keine maximale Ligandenkonzentration ermitteln konnte, war in den oberen Bereichen der Schicht ein Maximum an Liganden bei 1/1 festzustellen (XPS, TOF-SIMS). SPR und SAW wurden zum Vergleich nicht herangezogen, da die Beschichtung auf Gold erst optimiert werden muss. Oberfl{\"a}chensensitive Quantifizierung mittels ELISA und Zelladh{\"a}sion, die lediglich die sterisch zug{\"a}nglichen Liganden auf einer Oberfl{\"a}che nachweisen, ergaben {\"u}bereinstimmend eine optimale Ligandenkonzentration f{\"u}r SA Bindung und Zelladh{\"a}sion bei einem Peptid zu Prepolymer Verh{\"a}ltnis von 1/5. Dies unterstreicht, wie wichtig der Vergleich der Methoden, als auch die Verwendung von oberfl{\"a}chensensitiven Methoden ist. Der dritten Teil dieser Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der biochemischen und strukturellen Nachahmung der komplexen extrazellul{\"a}ren Umgebung (Advanced ECM engineering), ein wichtiger Aspekt in der Biomaterialforschung, da zum gr{\"o}ßten Teil zwei-dimensionale Biomaterialien zum Einsatz kommen, die direkt mit Liganden kovalent funktionalisiert werden. Die ECM ist jedoch um ein Vielfaches komplexer und die bestm{\"o}gliche Nachahmung ist Voraussetzung f{\"u}r eine bessere Akzeptanz durch Zellen und Gewebe. In Kapitel 9 wurde eine M{\"o}glichkeit aufgezeigt, das ECM Protein FN nicht-kovalent {\"u}ber Zucker-Lektinbindungen zu immobilisieren. Ein Schichtaufbau von Hydrogel, dem darauf durch Mikrokontakt-druckverfahren (MCP) kovalent gebundenen Zucker Poly-N-Acetyllaktosamin (polyLacNAc) und den darauf nicht-kovalent gebundenen Galektin His6CGL2 und FN, konnte mit Fluoreszenzf{\"a}rbung elegant nachgewiesen werden. Optimale Konzentrationen f{\"u}r den Schichtaufbau wurden mittels ELLA/ELISA auf Hydrogelschichten ermittelt, die durch Inkubation mit dem Zucker funktionalisiert wurden. Nur der komplette Schichtaufbau konnte zufriedenstellende HDF Adh{\"a}sion vermitteln und im Vergleich zu Zellkulturpolystyrol (TCPS) Oberfl{\"a}chen konnten HDFs auf dem biomimetischen Schichtaufbau schneller adh{\"a}rieren und spreiten. Zudem wurde die Umorganisierung von auf Glas adsorbiertem FN, auf NCO-sP(EO-stat-PO) kovalent gebundenem FN und biomimetisch {\"u}ber polyLAcNAc-His6CGL2 gebundenem FN durch HDFs verglichen. Nur auf den biomimetischen Oberfl{\"a}chen schien eine Umorganisation durch die Zellen m{\"o}glich, wie sie auch in der ECM zu finden ist. Diese biomimetische und flexible Pr{\"a}sentation eines Proteins erwies sich als vielversprechende M{\"o}glichkeit eine biomimetischere Oberfl{\"a}che f{\"u}r Zellen zu schaffen, die eine optimale Biokompatibilit{\"a}t erm{\"o}glichen k{\"o}nnte. Auch die strukturelle Nachahmung der ECM ist eine vielversprechende Strategie zum Nachbau der ECM. In Kapitel 10 wurde ein Einschrittverfahren zur Herstellung synthetischer, bioaktiver und degradierbarer Faserkonstrukte durch Elektrospinnen zur Nachahmung der ECM pr{\"a}sentiert. In diesem System wurden durch Zugabe von NCO-sP(EO-stat-PO) als reaktives Additiv zu Poly(D,L-laktid-co-Glycolid) (PLGA) Fasern hergestellt, die mit einer ultrad{\"u}nnen, inerten Hydrogelschicht versehen waren. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Verwendung von NCO-sP(EO-stat-PO) als Additiv die Adsorption von Rinderserumalbumin (BSA) im Vergleich zu PLGA um 99,2\% reduziert, die Adh{\"a}sion von HDFs verhindert und die Adh{\"a}sion von humanen mesenchymalen Stammzellen (MSC) minimiert werden konnten. Spezifische Bioaktivierung wurde durch Zugabe von Peptidsequenzen zur Spinl{\"o}sung erreicht, welche kovalent in die Hydrogelschicht eingebunden werden konnten und kontrollierte Zell-Faser Interaktionen erm{\"o}glichten, Um die spezifische Zelladh{\"a}sion an solchen inerten Fasern zu erzielen, wurde GRGDS kovalent auf der Faseroberfl{\"a}che gebunden. Dies erfolgte durch Zugabe des Peptids zur Polymerl{\"o}sung vor dem Elektrospinnen. Als Negativkontrolle wurde die Peptidsequenz GRGES an die Faseroberfl{\"a}che gebunden, welche durch Zellen nicht erkannt wird. W{\"a}hrend die Verhinderung unspezifischer Proteinadsorption f{\"u}r die Peptidmodifizierten Fasern erhalten blieb, konnten HDFs lediglich auf den mit GRGDS Peptid modifizierten Fasern adh{\"a}rieren, proliferieren und nach zwei Wochen eine konfluente Zellschicht aus vitalen Zellen bilden. Zus{\"a}tzlich konnten MSCs auf GRGDS funktionalisierten Fasern adh{\"a}rieren. Liganden konnten auf Fasern quantifiziert werden, indem die ELISA Technik aus Kapitel 6 auf Faseroberfl{\"a}chen transferiert wurde. Um das Potential der biochemischen und strukturellen Nachbildung der ECM aufzuzeigen, wurden beide Ans{\"a}tze miteinander kombiniert. Die Immobilisierung von polyLacNAc auf die Hydrogelfasern durch Inkubation und der Schichtaufbau mit His6CGL2 und FN resultierte in HDF Adh{\"a}sion.},
  subject      = {Hydrogel},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schlosser2012,
  author    = {Schlosser, Felix},
  title     = {Synthese und Charakterisierung kovalent gebundener Perylenbisimid-Makrozyklen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71811},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Eine Reihe von Acetylen-verkn{\"u}pften Perylenbisimid(PBI)-Makrozyklen mit unterschiedlicher Ringgr{\"o}ße wurde durch Palladium-katalysierte Homokupplung synthetisiert und mit Hilfe von Recycling-GPC getrennt. Diese Makrozyklen wurden durch NMR-Spektroskopie und Massenspektrometrie charakterisiert und weiterhin die photophysikalischen Eigenschaften durch UV/Vis-Absorptions- und Fluoreszenzemissions-Messungen untersucht. Die Selbstorganisation dieser PBI-Makrozyklen zu hochgeordneten Nanostrukturen auf HOPG-Oberfl{\"a}chen wurde mittels Rasterkraftmikroskopie untersucht.},
  subject      = {Makrocyclische Verbindungen},
  language  = {de}
}