Mineralized bionanoparticle Pickering emulsions [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Günther Jutz
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Mineralized Bionanoparticle Pickering Emulsions DISSERTATION zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) im Fach Chemie der Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften der Universität Bayreuth vorgelegt von Günther Jutz geboren in Memmingen Bayreuth, 2008 Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften der Universität Bayreuth genehmigten Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.). Die vorliegende Arbeit wurde in der Zeit von Januar 2005 bis Juli 2008 am Lehrstuhl für Physikalische Chemie der Universität Bayreuth in der Arbeitsgruppe von Herrn Prof. Dr. Alexander Böker (Lichtenberg-Professur der VolkswagenStiftung) angefertigt. Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften der Universität Bayreuth genehmigten Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.). Promotionsgesuch eingereicht am: 16.07.2008 Zulassung durch die Promotionskommission: 23.07.2008 Wissenschaftliches Kolloquium: 18.12.2008 Amtierender Dekan: Prof. Dr. Müller Prüfungsausschuß: Prof. Dr. A. Böker (Erstgutachter) Prof. Dr. A. H. E. Müller (Zweitgutachter) Prof. Dr. J. Breu (Vorsitzender) Prof. Dr. Th.

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Publié le 01 janvier 2009
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Langue Deutsch
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Extrait







Mineralized Bionanoparticle
Pickering Emulsions





DISSERTATION

zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)
im Fach Chemie der Fakultät für Biologie, Chemie und
Geowissenschaften
der Universität Bayreuth





vorgelegt von
Günther Jutz
geboren in Memmingen



Bayreuth, 2008


Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Biologie, Chemie und
Geowissenschaften der Universität Bayreuth genehmigten Dissertation zur Erlangung
des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.).


Die vorliegende Arbeit wurde in der Zeit von Januar 2005 bis Juli 2008 am Lehrstuhl
für Physikalische Chemie der Universität Bayreuth in der Arbeitsgruppe von Herrn
Prof. Dr. Alexander Böker (Lichtenberg-Professur der VolkswagenStiftung) angefertigt.


Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Biologie, Chemie und
Geowissenschaften der Universität Bayreuth genehmigten Dissertation zur Erlangung
des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.).




Promotionsgesuch eingereicht am: 16.07.2008
Zulassung durch die Promotionskommission: 23.07.2008
Wissenschaftliches Kolloquium: 18.12.2008


Amtierender Dekan: Prof. Dr. Müller

Prüfungsausschuß:
Prof. Dr. A. Böker (Erstgutachter)
Prof. Dr. A. H. E. Müller (Zweitgutachter)
Prof. Dr. J. Breu (Vorsitzender)
Prof. Dr. Th. Scheibel














































































Table of Content

Table of Content ................................................................................................................I
List of Abbreviations ....................................................................................................... V
Table of Symbols...........................................................................................................VII
1 Introduction1
1.1 Biomolecules for New Materials and Device Fabrication................................ 1
1.1.1 Development of Nanostructured Materials............................................... 1
1.1.2 Self-Assembling Protein Materials for Nano- and Biotechnology........... 2
1.1.2.1 Viruses as Polyvalent Scaffolds............................................................ 4
1.1.2.2 Protein Cages as Templates for Constrained Nanomaterials Synthesis 6
1.1.2.3 Protein Cages as Scaffolds and Templates for Materials Synthesis ..... 7
1.1.2.4 Surface Patterning with Self-Assembled Bionanoparticles .................. 7
1.2 Pickering Emulsions and Protein Adsorption at liquid-liquid Interfaces ......... 9
1.2.1 Pickering Emulsions.................................................................................9
1.2.2 Protein Adsorption at liquid-liquid Interfaces ........................................ 13
1.2.3 Quantitative Modelling of Protein Adsorption at liquid-liquid
Interfaces ................................................................................................. 13
1.2.3.1 Surface Tension of Protein Solutions ................................................. 14
1.2.3.2 The Concept of Varying Partial Molar Areas of Adsorbed
218Proteins ........................................................................................... 16
1.2.3.3 Modelling of Protein Adsorption at liquid Interfaces......................... 18
1.3 Bio-Inorganic Composite Materials................................................................ 21
1.3.1 Biominerals in Nature............................................................................. 21
1.3.2 Biomimetic Bone Tissues.......................................................................23
1.4 Hydroxy Apatite Coating in a Biomimetic Process........................................ 26
1.5 Bionanoparticles: Plant Viruses, Ferritin and Proteins................................... 29
1.5.1 Plant Viruses29
291-2951.5.1.1 Cowpea mosaic virus (CPMV) ..................................................
300-3051.5.1.2 Turnip Yellow Mosaic Virus (TYMV) ...................................... 30
308-3101.5.1.3 Tobacco Mosaic Virus (TMV) ................................................... 32
1.5.2 Ferritin....................................................................................................33
330-3321.5.3 Bovine/Human Serum Albumin (BSA/HSA) ................................ 35
3341.5.4 α -Heremans-Schmid glycoprotein (Ahsg)/fetuin-A ........................ 36 2
1.5.5 Physical Properties of Bionanoparticles ................................................. 37
1.6 Outline and Relevance of the Presented Research Work ............................... 39
2 Theoretical Background and Methods.................................................................... 43
2.1 Modelling Protein Adsorption at liquid-liquid Interfaces 43
2.1.1 Quantitative Description of Equilibrium Surface Tension of Protein
203Solutions .............................................................................................. 43
2.1.1.1 Adsorption at Low Protein Concentrations ........................................ 43
2.1.1.2 Adsorption at High Protein Concentrations 47
2.1.2 of Dynamic Surface Tensions ........................ 48
3792.1.3 Approximate Solutions for Dynamic Surface Tensions ..................... 51
2.1.4 Depletion of Droplets.............................................................................. 53
2.2 Determination of Interfacial Tension by Axisymmetric Drop Shape
Analysis .......................................................................................................... 54
2.3 Light Scattering Techniques ........................................................................... 58
II
4072.3.1 Static Light Scattering .........................................................................58
410, 4112.3.2 Dynamic Light Scattering ..............................................................61
2.4 Size Exclusion Chromatography.....................................................................64
2.5 Transmission Electron Microscopy.................................................................68
2.6 Scanning Electron Microscopy .......................................................................70
2.7 Atomic Force Microscopy (AFM) ..................................................................74
2.8 UV-Vis Spectroscopy......................................................................................77
3 Experimental Section..............................................................................................79
3.1 Chemicals........................................................................................................
3.2 Virus Preparation.............................................................................................80
3.3 Conjugation Reactions to CPMV....................................................................81
3.4 Preparation of Pickering Emulsions................................................................81
3.5 Preparation of glass A .....................................................................................82
3.6 Preparation of SBF..........................................................................................82
3.7 Preparation of Supersaturated Calcium Phosphate Solution Containing
Citrate (Ca/P/cit) .............................................................................................84
3.8 Profile Analysis Tensiometry..........................................................................84
3.9 Size Exclusion Chromatography.....................................................................85
3.10 Dynamic Light Scattering ...............................................................................86
3.11 UV-Vis Spectroscopy......................................................................................87
3.12 SDS-Polyacrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE)................................87
3.13 MALDI-TOF Mass Spectrometry...................................................................88
3.14 Confocal Fluorescence Laser Scanning Microscopy ......................................88
3.15 Transmission Electron Microscopy and Sample Preparation .........................89
3.16 Scanning Electron Microscopy and Sample Preparation ................................89
3.17 Atomic Force Microscopy90
3.18 X-ray Diffraction.............................................................................................90
3.19 Further Instruments.........................................................................................90
4 Characterizatio

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