TY  - THES
A1  - Wagner, Joachim
T1  - Optische Charakterisierung von II-VI-Halbleiter-Oberflächen in Kombination mit First-Principles-Rechnungen
T1  - Optical Characterisation of II-VI Semiconductor Surfaces in Combination with First Principles Calculations
N2  - In dieser Arbeit sind Methoden der optischen Spektroskopie, insbesondere die Ramanspektroskopie (RS) und die Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS), angewandt worden, um die Oberflächen von II-VI Halbleitern zu charakterisieren. Für die experimentellen Untersuchungen wurde eine eigens für diesen Zweck entwickelte UHV-Optikkammer benutzt. Diese einzigartige Möglichkeit, II-VI Halbleiterproben aus einer state-of-the-art MBE-Anlage mit einer UHV-Optikanlage zu kombinieren hat gezeigt, dass optische Spektroskopie sehr gut dafür geeignet ist, strukturelle Eigenschaften, z.B. Rekonstruktionen, und chemische Bindungen an Oberflächen, sowie die damit verbundene Schwingungsdynamik zu analysieren. Neben den experimentellen Arbeiten wurden u. a. first principles Rechnungen mittels der Dichtefunktionaltheorie im Rahmen der Lokalen-Dichte-Approximation durchgeführt. Damit konnten für die Oberflächen einerseits ihre geometrischen Eigenschaften, d.h die atomare Anordnung der Oberflächenatome, und andererseits auch ihre Dynamik, d.h. die Schwingungsfrequenzen und die Auslenkungsmuster der an der Rekonstruktion beteiligten Atome der Oberfläche und der oberflächennahen Schichten, im Rahmen der Frozen-Phonon-Näherung bestimmt werden. Die Kombination von experimenteller und theoretischer Vibrationsbestimmung von Oberflächen bietet also, neben den klassischen Oberflächen-Analysemethoden wie RHEED, LEED, XPS, Auger und SXRD, ein zusätzliches Werkzeug zur Charakterisierung von Oberflächen. Da die Frozen-Phonon-Näherung nicht elementarer Bestandteil des hier benutzten DFT-Programmcodes fhi96md ist, wurde diese Erweiterung im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt. Die theoretische Berechnung von Schwingungsfrequenzen mit dynamischen Matrizen ist in einem Unterkapitel dargestellt. Die so berechneten Schwingungsfrequenzen für verschiedene Oberflächen-Rekonstruktionen konnten erfolgreich am Beispiel der reinen BeTe(100)-Oberfläche mit den experimentell mit der UHV-Ramanspektroskopie beobachteten Frequenzen verglichen werden. So gelang erstmalig die optische identifizierung von rekonstruktionsinduzierten Eigenschwingungen einer Oberfläche. Nach detaillierter Kenntnis der BeTe(100)-Oberfläche wurde die Ramanspektroskopie als Sonde benutzt, um die Entwicklung der BeTe-Oberfläche bei unterschiedlichen Behandlungen (Modifikation) zu verfolgen. Dabei dienten die früheren Ergebnisse als Referenzpunkte, um die modifizierten Spektren zu erklären. Zusätzlich wurde ein Konzept zur Passivierung der Te-reichen BeTe(100)-Oberfläche entwickelt, um diese Proben ohne einen technisch aufwendigen UHV-Transportbehälter über grössere Entfernungen transportieren zu können (z.B. zu Experimenten an einem Synchrotron). Mit der RAS wurden auch die Oberflächen von weiteren Gruppe II-Telluriden, nämlich die Te-reiche (2x1) CdTe(100)-Oberfläche, die Te-reiche (2x1) MnTe(100)-Oberfläche und die Hg-reiche c(2x2) HgTe(100)-Oberfläche untersucht. Schließlich wurde der Wachstumsstart von CdSe auf der BeTe(100)-Oberfläche im Bereich weniger Monolagen (1-5 ML) CdSe analysiert, wobei die hohe Empfindlichkeit der Ramanspektroskopie bereits den Nachweis einer Monolage CdSe erlaubte.
N2  - In this thesis optical spectroscopy, especially Raman spectroscopy (RS) and reflection anisotropy spectroscopy (RAS), was used for characterisation of II-VI-semiconductor surfaces. For the experimental studies a specially designed UHV-optical chamber was applied. The unique combination of a state of the art molecular beam epitaxy (MBE) facility with this UHV-optical chamber distinctly proved that optical spectroscopy is a powerfull tool for analyzing the structural properties (e.g. reconstructions) and the chemical bindings at a surface, as well as its dynamical properties. Beside the experimental activities, first principles calculations within the framework of density functional theory (DFT) and local density approximation (LDA) were performed. Therefore the geometrical, statical properties (e.g. atomic positions) of the surface and near-surface atoms could be determined. Additionally, their dynamical properties (e.g. displacement patterns and vibrational frequencies) were calculated with the frozen phonon approximation. This combination of experimental and theoretical determination of the surface dynamics offers an additional tool for surface characterisation beside the classical methods for surface analysis like RHEED, LEED, XPS, Auger and SXRD. Because frozen phonon calculations do not constitute an integral part of the available DFT programm code fhi96md, the extension was performed as a part of this thesis. The theoretical calculation of vibration frequencies with dynamical matrices is described in one of the subsections. The frequencies calculated in this way for different surface reconstructions were successfully compared with the experimentally observed frequencies in the case of pure BeTe(100) surfaces. Thus, the first optical identification of reconstruction-induced surface eigenvibration modes was realized. After this detailed knowledge of the BeTe(100) surface Raman spectroscopy was used as a probe to track the changes of the BeTe surface under different modifications. In doing so the previous result on the pure BeTe surfaces served as references to explain the modified spectra. Besides a concept for passivation of the tellurium rich BeTe(100) surface was developed to ease the transport to far away laboratories without using extensive UHV facilities. Additionally the surfaces of further group II-tellurides (e.g. Te-rich (2x1) CdTe(100), Te-rich (2x1) MnTe(100) and Hg-rich c(2x2) HgTe) has been investigated with the RAS. Finally the start of the CdSe growth on the BeTe(100) surface was analyzed in the region of 1-5 monolayers of CdSe. Within these experiments a high sensitivity for detecting even one monolayer of CdSe was achieved by Raman spectroscopy.
KW  - Zwei-Sechs-Halbleiter
KW  - Halbleiteroberfläche
KW  - Optische Eigenschaft
KW  - optisch
KW  - spektroskopie
KW  - Halbleiter
KW  - Oberfläche
KW  - DFT
KW  - optical
KW  - spectroscopy
KW  - semiconductor
KW  - surface
KW  - DFT
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8722
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kutz, Alexander Florian
T1  - Auswirkungen von Beschichtungen auf die Oberflächenstruktur und Keimbesiedlung von Silikonen
T1  - Effects on surface coatings of the surface structure and microbial adhesion of silicones
N2  - Der bakterielle Bewuchs auf inkorporierten Silikonkörpern ist seit Einführung des Werkstoffs Silikon in die Mund-, Kiefer- und Gesichtsprothetik ein erhebliches Problem, das nicht nur die Haltbarkeit der Silikonkörper herabsetzt, sondern auch die Lebensqualität und die Gesundheit der Patienten vermindert. Alternativen zum Werkstoff Silikon sind heutzutage das Methacrylat und Titan, die jedoch nicht die Vorteile des Silikons aufweisen. Um Silikone in der Mund-, Kiefer- und Gesichtsprothetik einsetzen zu können, bedarf es seitens des Patienten eines großen Pflegeaufwands, der eine zu schnelle Verkeimung des Silikonkörpers und eine damit verbundene Unbrauchbarkeit verhindern soll. Durch eine geeignete Oberflächenmodifikationen, einer amphoteren Oberflächenbeschichtung, kann dieser Verkeimung entgegengewirkt werden. Die Wirksamkeit der bakteriellen Reduktion dieser Modifikation wurde in einer vergleichenden in vitro Untersuchung mit fünf Bakterienstämmen (Staphylococcus epidermidis, Klebsiella pneumonia, unpathogene Neisserien, Escherichia coli und Streptococcus salivarius) und fünf Silikonen (Episil-E, Obturasil 40, Odontosil 40, VS-D-151/1 und Elastosil RT625A) erforscht. Insgesamt wurden über 800 Proben untersucht. Die Silikonprobekörper wurden in zwei Gruppen aufgeteilt. Eine davon wurde mittels eines nass-chemischen Verfahrens amphoter beschichtet. Die andere diente als Referenz. Die Analyse erfolgte auf zwei Wegen: Nach Inkubation von je vier beschichteten und vier unbeschichteten Probekörpern mit einer Bakterien-Monokultur schloss sich die mikrobiologische Auswertung im klassischen Stil an. Die auf den Probekörpern adhärenten Bakterien wurden entfernt, nach einer Verdünnungsreihe auf Agarplatten erneut angezüchtet, anschließend bebrütet und die entstandenen Kolonien ausgezählt. Die so erhaltenen Werte, die „cfu“ (colony forming units), wurden als Kontrolle der computergestützten Fluoreszenzmessung erfasst. Die zweite Methode entsprach bis zum Ablösen der Bakterien von den Probekörpern der ersten. Alle adhärenten Bakterien verblieben auf den Silikonen, wurden mittels eines Bakterien-DNA-Farbstoffs angefärbt und computergestützt mit Hilfe eines Fluoreszenzmessgeräts ausgezählt und statistisch ausgewertet. Die Ergebnisse der klassischen mikrobiologischen Methode bestätigten die Messungen mit dem Fluoreszenzmessgerät. Die Untersuchungen ergaben, dass die amphotere Oberflächenmodifikation bei allen Silikonen eine Reduktion der bakteriellen Adhäsion zur Folge hatte. Dabei konnten statistisch signifikante Werte von 14% bis zu 69% ermittelt werden. Insgesamt kann festgestellt werden, dass durch die amphotere Beschichtung von Silikonen ein Potential zur Reduktion der Keimbesiedelung und eine verringerte Adhäsion von Bakterien gegeben ist. Ein möglicher Grund hierfür ist der elektrostatische Zustand an der Grenzschicht beschichteter Oberfläche zum Bakterium. In welchem Maß sich diese Veränderung des Werkstoffs auswirkt und welche weiteren Alternativen sich bieten, muss in kommenden in vitro Tests und anschließenden in vivo Untersuchungen verifiziert werden.
N2  - The bacterial growth on incorporated silicone bodies is since introduction of the material silicone into the maxillofacial prosthetics a substantial problem, which do not only lower the durability of the silicone bodies itself, but also the quality of life and the health of the patients. Alternatives to the material silicone are nowadays acrylates and titanium, which do not have the advantages of the silicone. In order to use silicone bodies in maxillofacial prosthetics, it requires a lot of care expenditure from the patients, which is to prevent bacterial growth on the silicone body. Suitable surface modifications, e.g. an amphoteric surface coating, can prevent this germinating of the silicone surface. The effectiveness of this bacterial reduction of this kind of modification was investigated in a comparative in vitro research with five bacteria stems (Staphylococcus epidermidis, Klebsiella pneumonia, a non-pathogenic Neisseria stem, Escherichia coli and Streptococcus salivarius) and five silicone materials (Episil E, Obturasil 40, Odontosil 40, VS-D-151/1 and Elastosil RT625A). Altogether over 800 samples were examined. The silicone samples were divided in two groups. One of it was coated by an amphoteric surface by a wet-chemical procedure. The other one served as a reference. The analysis took place in two ways: After the incubation of four coated and four uncoated silicone samples with a bacteria monoculture followed the micro-biological evaluation in the classical style. The adherent bacteria on the silicone samples were removed and after a dilution row the removed bacteria were cultivated on agar plates and the colonies were counted out afterwards. The received quantity of "cfu" (colony forming units) was used as a reference to the computer-assisted fluorescence measurement. The second method corresponded to the first until the removal of the bacteria on the silicone sample. All adherent bacteria remaining on the silicone sample and were dyed by a DNA-colouring pigment and counted out by a computer-assisted fluorescence measuring device. The quantity was evaluated statistically. The results of the classical microbiological method confirmed the measurements with the fluorescence measuring device. The study resulted that the amphoteric surface modification had a reduction of the bacterial adhesion on all five different silicon materials. Statistically significant reduced bacterial adhesion from 14% up to 69% could be found out. Altogether it can be stated that the amphoteric surface coating on silicone material is able to reduce bacterial adhesion and its growth. A possible reason for this is the electrostatic condition on the boundary layer of coated surface to the bacterium. In which kind of degree the modification of the silicone material affects itself and which further alternatives are offered must be investigated in future in vitro tests and following in vivo research.
KW  - Silikon
KW  - Beschichtung
KW  - Bakterien
KW  - Oberfläche
KW  - silicone
KW  - coating
KW  - bacteria
KW  - surface
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-15494
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tebbe, David
T1  - Funktionalisierung von Titan(dioxid)oberflächen mit kovalent gebundenem und in Depots eingebrachtem Wirkstoff für den Blutkontakt
T1  - Functionalization of titanium surfaces with covalently attached and embedded drug for blood contact
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war die Funktionalisierung von Titanoberflächen mit dem Glycosaminoglycan Heparin, um bei Kontakt des Werkstoffs mit Blut die Gerinnungskaskade nicht auszulösen und das Material für Stents (Gefäßstützen) im arteriellen System einsetzbar zu machen. Für die Modifizierungen wurden als Modell der oxidierten Titanoberfläche sowohl oxidierte cp-Titanplättchen als auch TiO2-Pulver verwendet. Heparin kam zum Einsatz, da es sowohl die Hämostase (Blutgerinnung) als auch die Proliferation (Überwucherung) mit glatten Muskelzellen unterdrückt und somit eine Restenose (Wiederverengung) des in die verengte Arterie eingebrachten Stents verhindert. Die kovalente Immobilisierung des Wirkstoffs erfolgte über bifunktionale Spacer (Haftvermittlermoleküle). Spacer waren 3-(Trimethoxysilyl)-propylamin (APMS), N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan (Diamino-APMS) und N1-[3-(Trimethoxysilyl)-propyl]diethylen¬triamin (Triamino-APMS). Der qualitative und quantitative Nachweis der Funktionalisierung von TiO2 mit Haftvermittler bzw. Heparin erfolgte durch schwingungsspektroskopische Methoden, komplexometrische Farbreaktionen sowie der Bestimmung des Zetapotentials im Elektrolytkontakt. Durch die Anbindung von APMS, Di- und Triamino-APMS stieg das Zetapotential von ca. -26 mV auf positive Werte zwischen +41 und +45 mV. Ein Absinken des Zetapotentials belegte die erfolgreiche Anbindung von Heparin (Werte zwischen -39 und -37 mV) an die verschiedenen Haftvermittler, ebenso wie das Vorhandensein der symmetrischen SO3-Valenzschwingung bei 1040 cm-1. Der quantitative Nachweis der immobilisierten Aminogruppen über die Ninhydrinreaktion ergab für die TiO2-Pulver Werte zwischen 17-20 NH2/nm2, wobei die dichteste Funktionalisierung mit APMS und die niedrigste mit Triamino-APMS erzielt werden konnte. Alle Werte lagen im Bereich von Multilayern, da ein Monolayer aus ca. 2 3 NH2/nm2 besteht. Die immobilisierte Menge an Heparin war bei Verwendung von APMS am größten (53.3±3.6 ng/cm2) und bei Triamino-APMS am geringsten (32.1±5.7 ng/cm2). Die biologische Wirksamkeit des gebundenen Heparins wurde über das chromogene Substrat ChromozymTH® bestimmt und verblieb bei Anbindung an den Spacer mit der größten Moleküllänge (Triamino-APMS) mit ca. 70% am wirksamsten. Neben der kovalenten Anbindung des Wirkstoffs an Spacer zielte diese Arbeit auf die Entwicklung von organisch modifizierten, porösen SiO2-Wirkstoffdepots (P-MA-PS; Poly-methacryl¬oxy¬propylpolysilsesquioxane) für Heparin ab, die sowohl als Volumenwerkstoffe als auch zur Modifikation von Titan(dioxid)oberflächen anwendbar wären. Die Matrices wurden ausgehend von MAS (Methacryl¬oxypropyl¬trimethoxysilan) über den Sol-Gel Prozeß anorganisch und anschließend über photochemische Polymerisation zusätzlich organisch vernetzt. Die Quantifizierung des Polymerisationsgrads erfolgte über die Signalintensität der methacrylischen C=C-Doppelbindung bei 1635 cm-1 durch Integration einer Gauß-Funktion. Über den Polymerisationsgrad der organischen Matrix zwischen 0-71% konnte die Freisetzungskinetik von Heparin je nach therapeutischer Anforderung eingestellt werden. Es konnte gezeigt werden, daß hohe Wirkstoff-Beladungen und niedrige Polymerisationsgrade mit einer schnelleren Freisetzung des Heparins korrelierten, die aufgrund der Endlichkeit des Wirkstoffs im Depot einer Kinetik 1. Ordnung unterlag. Die kumulativ freigesetzten Wirkstoffmengen verhielten sich hierbei proportional zur Wurzel aus der Freisetzungszeit, was dem Higuchi-Modell zur Wirkstofffreisetzung aus porösen Matrices mit einem rein Diffusions-kontrollierten Mechanismus entsprach. Die durch Hydrolyse bedingte Degradation der anorganischen Matrix, die UV-VIS-spektroskopisch bei λ = 220 nm gemessen wurde, folgte einer Kinetik pseudo-0. Ordnung. Da das freigesetzte Heparin seine biologische Wirksamkeit beibehielt, sind P-MA-PS Matrices interessant für klinische Anwendungen, wie z.B. für die Beschichtung von Gefäßstützen, die im Blutkontakt stehen.
N2  - Aim of this work was the functionalization of titanium surfaces with the glycosaminoglycane heparin to improve the surface hemocompatibility for an application in the field of coronary stenting. Surface modification was performed using both TiO2 powder and titanium sheets as substrates imitating the (oxidized) surface of titanium implants. The substrates were modified with heparin to prevent side effects like blood coagulation and neointimal proliferation after implantation, which can both lead to restenosis of the acute artery closure. Surfaces can be modified either by covalent bonding of the drug to the metal by a silane spacer or by embedding the active agent into a polymer matrix for the controlled release over a certain period of time. Covalent attachment of heparin to titanium metal and TiO2 powder was carried out using the coupling agents 3-(Trimethoxysilyl)-propylamine (APMS), N-[3-(Trimethoxysilyl)-propyl]-ethylenediamine (Diamino-APMS) and N1-[3-(Trimethoxysilyl)-propyl]-diethylenetriamine (Triamino-APMS). Additionally, the influence of primary accomplished TiO2 films on the density of surface bound spacer was determined. Therefore, polished titanium substrates were covered with thin (< 2 µm) TiO2 layers by means of thermal/anodic oxidation, physical vapor deposition (PVD) or the sol-gel process and were then modified with the different spacer molecules, respectively. Aim was a correlation between the composition/topography of the TiO2 layers and the amount of bound spacer molecules. At this, two tendencies could be observed. Firstly, the density of surface bound spacer was generally highest for APMS (115-212 nmol/cm2) and lowest for Triamino-APMS (102-176 nmol/cm2), which was due to that smaller molecules underlie less intermolecular sterical hindrance onto surfaces. And secondly, on TiO2 surfaces with a higher roughness and therewith a higher specific surface area more spacer molecules could be immobilized (in the sequence: PVD > heat treated > anodized > sol-gel). The amount of surface bound coupling agent and heparin was quantified photometrically by the ninhydrin reaction and the toluidine-blue test. The biological potency of heparin was determined photometrically by the chromogenic substrate Chromozym TH and fibrinogen adsorption on the modified surfaces was investigated using the QCM-D (Quartz Crystal Microbalance with Dissipation Monitoring) technique. Zeta-potential measurements confirmed the successful coupling reaction; the zeta-potential of the unmodified anatase surface (approx. -26 mV) shifted into the positive range (> +40 mV) after silanisation. Binding of heparin resulted in a strongly negatively charged surface with zeta-potentials of approx. 39 mV. The successful heparinization could also be followed using RAMAN-spectroscopy by the occurrence of the peak at 1040 cm-1 (S=O vibration) caused by the drug. The amount of covalently attached primary amino groups on TiO2 powder was the highest for APMS (20 NH2/nm2) and decreased for Di- and Triamino-APMS (19 & 17 NH2/nm2). The hereby accomplished aminosilane layers were all in the range of multilayers since a monolayer is approx. 2 3 NH2/nm2. On the APMS spacer, the greatest amount of 53.3±3.6 ng/cm2 heparin was immobilized compared to Di- and Triamino-APMS (41.2±6.9 & 32.1±5.7 ng/cm2). The retaining biological activity of heparin was found to be the highest (70%) for the covalent attachment with Triamino-APMS as coupling agent due to the long chain of this spacer molecule and therefore the highest mobility of the drug. Moreover, this work aimed to investigate the use of an organically modified porous silica matrix (Poly(methacryloxypropyl)-poly(silsesquioxane); P-MA-PS) as a release system for heparin. The matrices were obtained from the precursor methacryloxypropyltrimethoxysilane (MAS) via the sol-gel process under acidic conditions following photochemical polymerization and cross-linking of the organic matrix. Modulation of the polymerization degree of the organic matrix in the range 0-71% allowed to adjust the release kinetics of heparin according to therapeutic needs. It was demonstrated that higher drug loads and a decreasing polymerization degree resulted in a faster release profile of heparin, which followed a square root of time kinetic according to the Higuchi model. The hydrolytic degradation of the xerogel was found to follow a zero-order kinetic whereas the heparin concentration did not show an influence on the degradation rate of the anorganic matrix. Since the released heparin retained its biological activity, P-MA-PS matrices may be interesting for clinical application, for instance as coating on drug eluting coronary stents.
KW  - Heparin
KW  - Titan
KW  - Oberfläche
KW  - Blutkontakt
KW  - Stent
KW  - Heparin
KW  - Titan
KW  - Oberfläche
KW  - Blutkontakt
KW  - Stent
KW  - heparin
KW  - titanium
KW  - surface
KW  - blood-contact
KW  - stent
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26579
ER  -