@PhdThesis{duepublico_mods_00034706,
  author = 	{Frost, Sven},
  title = 	{Thermoresponsive Membranen f{\"u}r die schaltbare Permeation und Fraktionierung von Nanopartikeln},
  year = 	{2014},
  month = 	{May},
  day = 	{16},
  abstract = 	{Isotrope und isozylindrische Polyethylenterephthalat-Kernspurmembranen (PET-KSM) mit nominalen Porendurchmessern von 80 und 30 nm, anodische Aluminiumoxid (AAO)-Membranen mit einem nominalen Porendurchmesser von 200 nm und nanopor{\"o}se Aluminiumoxid-Membranen mit {\textasciitilde} 67 nm Porendurchmesser wurden mit Hilfe der kontrollierten oberfl{\"a}chen-initiierten Atomtransferradikalpolymerisation (SI-ATRP) mit dem thermoresponsiven Polymer Poly(N-Isopropylacrylamid) (PNIPAAm) funktionalisiert, welches eine untere kritische L{\"o}sungstemperatur (LCST) bei etwa 32 {\textdegree}C aufweist. Die Dicke der PNIPAAm-Schichten in den Poren konnte f{\"u}r alle Substrate sehr gut mit der Polymerisationszeit eingestellt werden. Permporometrie-Messungen und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen demonstrierten die gleichm{\"a}{\ss}ige Funktionalisierung der gesamten Membranoberfl{\"a}che, das hei{\ss}t, die Breite der Porengr{\"o}{\ss}enverteilung der Membran hat sich nach der SI-ATRP nicht ver{\"a}ndert. Sowohl die hydrodynamischen Porendurchmesser als auch die hydrodynamischen Schichtdicken auf den Porenw{\"a}nden konnten als Funktion der Temperatur durch Messung des Wasserflusses und anschlie{\ss}ende Berechnung mit dem Gesetz von Hagen-Poiseuille abgesch{\"a}tzt werden. Dabei wurden definierte Quellungs/Entquellungs-Verh{\"a}ltnisse (Schalteffekte) in Abh{\"a}ngigkeit von der Temperatur gemessen, deren Ausma{\ss} von der Pfropfdichte der PNIPAAm-Schicht abh{\"a}ngig war. PET80-g-PNIPAAm-Membranen, die mit maximaler Initiatordichte funktionalisiert wurden, zeigten je nach Funktionalisierungsgrad Schalteffekte zwischen 1.5 und 2.3. Membranen, die mit reduzierter Initiatordichte funktionalisiert wurden, wiesen dagegen h{\"o}here Schalteffekte zwischen 2.7 und 4.4 auf. Die Schalteffekte der AAO-g-PNIPAAm-Membranen mit gr{\"o}{\ss}eren Poren lagen im Bereich der PET80-g-PNIPAAm-Membranen. Eine Verringerung des nominalen Basismembranporendurchmessers auf 30 nm hatte keinen Einfluss auf die Effektivit{\"a}t der Schalteffekte, denn auch PET30-g-PNIPAAm-Membranen zeigten definierte Schalteffekte zwischen 1.8 und 2.5. Mit solchen Membranen konnte die temperaturschaltbare Permeabilit{\"a}t von Lysozym demonstriert werden. Sowohl PET80-g-PNIPAAm als auch PET30-g-PNIPAAm-Membranen zeigten temperaturschaltbare Poren im Ultrafiltrationsbereich (2-100 nm), die zwischen „offeneren`` und „geschlosseneren`` Zust{\"a}nden geschaltet werden konnten. F{\"u}r eine PET80-g-PNIPAAm-Membran konnte beispielsweise der R{\"u}ckhalt von 21 nm gro{\ss}en Silica-Nanopartikeln von 99 {\%} bei 23 {\textdegree}C (geschlossene Poren) auf 35 {\%} bei 45 {\textdegree}C verringert werden. Auch weitere Ultrafiltrationsexperimente mit schaltbaren Gold-Nanopartikel- und BSA (Bovines Serum Albumin)-Permeabilit{\"a}ten unterstrichen die Leistungsf{\"a}higkeit der Membran. Desweiteren konnte f{\"u}r eine PET80-g-PNIPAAm Membran mit niedrigem Funktionalisierungsgrad eine gr{\"o}{\ss}enselektive und temperaturschaltbare Fraktionierung beobachtet werden. Eine Mischung aus 21 nm und 35 nm gro{\ss}en Silica-Nanopartikeln wurde durch die Membran filtriert und bei 23 {\textdegree}C konnten nur die kleineren Nanopartikel passieren, w{\"a}hrend die gr{\"o}{\ss}eren von der Membran zur{\"u}ckgehalten wurden. Im Gegensatz dazu konnten bei 45 {\textdegree}C auch die gr{\"o}{\ss}eren Nanopartikel die Membran passieren. Eine weitere gr{\"o}{\ss}enselektive und temperaturschaltbare Fraktionierung konnte f{\"u}r PET80-g-PNIPAAm-Membranen mit reduzierter Pfropfdichte demonstriert werden: Eine Mischung aus 21 nm gro{\ss}en Silica-Nanopartikeln und dem Protein BSA wurde durch die Membran filtriert und bei 23 {\textdegree}C zeigte nur BSA eine signifikante Permeabilit{\"a}t w{\"a}hrend die Silica-Nanopartikel zur{\"u}ckgehalten wurden. Bei 45 {\textdegree}C konnten dann wieder sowohl BSA als auch die Silica-Nanopartikel die Membran passieren.},
  url = 	{https://duepublico2.uni-due.de/receive/duepublico_mods_00034706},
  file = 	{:https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00036113/sf_diss_final.pdf:PDF},
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