Elektromanipulation einzelner Polyelektrolytmoleküle

Grundlegend für die Entwicklung molekularer Werkzeuge ist es,
Kontrolle über das Verhalten einzelner Moleküle zu erlangen. Ein
Beispiel dafür ist das gezieltes An- und Abkoppeln ein-zelner
Moleküle an Oberflächen, das eine Basis für eine Vielzahl von
Anwendungen bietet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde unter Verwendung
der AFM- Einzelmolekülkraftspektroskopie untersucht, wie und unter
welchen Umständen einzelne Polyelektrolytmoleküle an
funkti-onalisierte oder unfunktionalisierte Oberflächen binden und
es wurden Ansätze entwickelt, wie dieses Bindungsverhalten
beeinflusst werden kann: ∑ Abhängig von den experimentellen
Rahmenbedingungen und der Dissoziationskonstante der untersuchten
Bindungen, kann die angelegte Kraftrate einen Einfluß auf die
gemessene Abrisskraft haben. Ist dies der Fall, muss eine
differenzierte Analyse der gemessenen Daten erfolgen. Im Rahmen
dieser Arbeit wurden neue Ansätze entwickelt, die eine effiziente
und aussagekräftige Datenanalyse über das gesamte Spektrum an
messbaren Wechselwirkungen ermöglichen. ∑ Aufgrund ihrer
vielfältigen Anwendungsmöglichkeit ist die Polyelektrolytadsorption
an feste Substrate im Blickpunkt des Interesses, sowohl im
akademischen als auch im industriellen Bereich. Bei der Adsorption
von Polyelektrolytmolekülen an Oberflächen sind viele verschiedene
Arten von nichtkovalenten Wechselwirkungen beteiligt. Auf der Basis
von kraftspektroskopischen Untersuchungen auf unterschiedlichen
Substraten wurden erstmals Ansätze entwickelt, die es erlauben,
verschiedenste Arten von Wechselwirkungen zu identifizieren und zu
charakterisieren. ∑ Extern angelegte elektrische Felder bieten eine
Möglichkeit, direkt auf einzelne geladene Moleküle Einfluss zu
nehmen. Um dieses Konzept zu realisieren, wurde ein ent-sprechender
Aufbau entwickelt, der eine Kombination von Elektrochemie und
Kraft-spektroskopie ermöglicht. Es konnte gezeigt werden, dass die
Bindungsstärke von Polyelektrolyten an leitfähige Substrate über
anziehende Potenziale verstärkt und über abstoßende Potenziale
erniedrigt werden kann. Beim Anschalten anziehender Potenziale
konnten individuelle Polyelektrolytmoleküle auch über größere
Entfernungen ein-gefangen werden. Mittels an- und abstoßender
Spannungspulse konnte erstmals gezeigt werden, dass einzelne
Polyelektrolytmoleküle wiederholt an- und abgekoppelt werden
können.