Nanometric cellulosic layers for specific adsorption of polysaccharides and immobilization of bioactive molecules : doctoral dissertation

angleški

doktorska dela

2012

aminofluorescein   celulozni modelni filmi   karbodiimidna vezava   karboksimetilna celuloza   kremenova mikrotehtnica   mikromreža   trimetilsililna celuloza

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo

Namen predstavljenega doktorskega dela je razvoj nanometrskih amorfnih celuloznih modelnih filmov za imobilizacijo funkcionalnih DNA molekul in uporaba pridobljenega znanja za pripravo DNA mikromrež. Doktorska disertacija je razdeljena v tri dele in sicer; priprava in karakterizacija delno in popolnoma regeneriranih celuloznih filmov; priprava funkcionalnih polisaharidnih konjugatov in priprava DNA mikromrež s polisaharidnimi funkcionalnimi konjugati. Prvi del se nanasa predvsem na in-situ in ex-situ regeneracijo celuloznih filmov in njihovo karakterizacijo. Z uporabo kremenove mikrotehtnice (QCM-D metoda) smo podrobno spremljali hidrolizo in konverzijo trimetilsililne celuloze (TMSC) v celulozo v hlapih klorovodikove kisline. Plinasta HCl v neprekinjenem dotoku reagira s plastjo TMSC in na taksen nacin tvori plast celuloze. Raziskali smo kinetiko procesa regeneracije in določili reakcijo prvega reda. Poleg tega smo raziskali tudi vpliv koncentracije kisline na kinetiko reakcije ter na maso in debelino formiranega sloja celuloze. Za potrebe študija ex-situ regeneracije smo prav tako pripravili TMSC filme s tehniko 'spin coat'. V nasprotju z in-situ metodo regeneracije smo v tem primeru položili substrate s TMSC filmi v zaprto posodo, kjer so bili izpostavljeni hlapom klorovodikove kisline. Postopek regeneracije je potekal pri različnih časih izpostavitve kislinskim hlapom ter volumnih kisline. Spremembe v strukturi, debelini filmov, površinski elementni sestavi ter površinski prosti energiji regeneriranih celuloznih filmov (pri različnih časih regeneracije) smo raziskali z uporabo, ATR-IR, Sarfus, XPS tehnik ter z merjenjem stičnih kotov. Z interakcijo med delno ter popolnoma regeneriranimi celuloznimi filmi in encimom celulazo (Trichoderma viride) smo dodatno raziskali stopnjo hidrolize TMSC filmov in posledično stopnjo njihove regeneracije. Spremembe v masi filma in disipaciji energije, kot posledice delovanja celulaze, smo korelirali s sposobnostjo omakanja filmov in njihovo elementno sestavo. Stopnja encimske razgradnje regeneriranih celuloznih filmov je v dobri korelaciji s stopnjo regeneracije. V kombinaciji s kvarčno mikrotehtnico smo uporabili tudi kapilarno consko elektroforezo, s katero smo določili razgradne produkte encimske hidrolize celuloznih filmov. Kombinacija QCM-D tehnike in postopek encimske razgradnje celuloznih filmov se je izkazala koz zanesljiva metoda spremljanja regeneracije TMSC filmov v odvisnosti od časa. Vpliv toplotne obdelave na tako pripravljene filme smo določili z naknadno izpostavitvijo celuloznih filmov povišani temperaturi za daljši čas (6 ur). Segrevanje povzroči preureditev filmov, ki se ne ponašajo s posebnimi strukturnimi artefakti, v fibrilarno strukturo, kar je razvidno iz AFM posnetkov. Uporabili smo različne analitske metode, s katerimi smo raziskali spremembe v strukturi, elementni sestavi, debelini, sposobnosti omakanja ter prosti površinski energiji regeneriranih celuloznih filmov pred in po toplotni obdelavi; GIXRD, ATR-IR, Sarfus tehnika, XPS in goniometrija. Z izvedbo postopka izmenjave topila (D2O/H2O) smo dokazali, da se vsebnost vode in sposobnost navzemanja vode toplotno obdelanih regeneriranih celuloznih filmov občutno zmanjša v primerjavi z neobdelanimi filmi.

08.08.2023