Untersuchung der Adsorption und Anordnung von funktionalisierten Silica-Nanopartikeln auf Oberflachen durch die Kombination von QCM-D und REM
Grunewald, Christian - Freie Universität Berlin (2017)
Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Analyse multivalenter Wechselwirkungen in einem Modellsystem aus geladenen AHAPS-funktionalisierten Silica-Nanopartikeln auf glatten Goldoberflächen mittels QCM-D. Im Vordergrund steht neben der Untersuchung der multivalenten Wechselwirkungen die Analyse der Messbarkeit von Schichten aus diskreten Partikeln mit der QCM-D in Kombination amit dem REM und die statistische Analyse der Partikelstruktur und deren Bildung. Für die Untersuchung multivalenter Wechselwirkungen wurde ein System nicht dicht gepackter Nanopartikel entwickelt. Es wurden Partikel in einer QCM-D-Flusszelle aus Ethanol auf die Goldoberfläche adsorbiert und die Partikelschicht langsam in Ethanol getrocknet. Durch die Wahl einer rauen Partikeloberfläche konnte die multivalente Bindung zur Oberfläche so gesteuert werden, dass die Partikel auch nach dem Trocknen auf der Oberfläche geordnet bleiben. Das kovalente Anbinden der adsorbierten Partikel an einen SAM ist eine alternative Methode, um die Aggregation der Partikel gänzlich zu unterbinden. Für das Modellsystem aus sich abstoßenden, rauen Nanopartikeln auf einer unfunktionalisierten Goldoberfläche wurde das Verhalten der Frequenzdifferenz Delta f und der Dissipationsdifferenz Delta D als Funktion der adsorbierten Masse Delta m durch eine Kombination von QCM-D und REM analysiert. Es wurde ein linearer Zusammenhang zwischen Delta f und Delta m gefunden, obwohl das System eine merkliche Dissipationsänderung aufweist.
Das lineare Quasi-Sauerbrey-Verhalten zwischen Delta f und Delta m deutet auf einen einfachen Zusammenhang zwischen der Frequenzänderung und dem Massenzuwachs hin, bei dem jedes Teilchen einen gleichbleibenden Beitrag zur Frequenzänderung liefert. Während die Frequenzänderung nach Trocknung den Erwartungen aufgrund der Sauerbrey-Gleichung auch quantitativ erfüllt, ist die Proportionalitätskonstante in der kondensierten Phase deutlich verschieden.
Die Proportionalität zwischen Delta f und Delta m konnte mit der elektrostatischen Abstoßung und dem damit verbundenen Mindestabstand der Partikel erklärt werden. Ein in der Literatur für Schichten aus diskreten Partikeln verwendetes Extrapolationsschema wurde auf die QCM-D-Messungen des Modellsystems angewendet. Dabei wurde festgestellt, dass das Schema auf der Kompensation von Fehlern beruht und für das hier vermessene wohl-definierte Modellsystem nicht funktioniert. Bei der Analyse der Partikelanlagerung konnte mit Hilfe statistischer Methoden beobachtet werden, dass sich die Partikelstruktur ab einer bestimmten Bedeckung komprimiert und die einzelnen Partikel ihren Abstand verringern. Aus Partikelanordnungen gering bedeckter Oberflächen konnte das Paarpotential der Partikel näherungsweise ermittelt werden.