Siloxanelastomere mit mikro- und nanostrukturierten Oberflächen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese und Oberflächenstrukturierung von Substratpolymeren und deren chemische Oberflächenmodifikation zur Nachahmung des hierarchisch aufgebauten Haftsystems des Geckos. Als Substratpolymer dienten funktionelle Siloxanelastomere die via Hydrosilylierung aus Hydrosiloxanen und linearen Tricopolysiloxanen mit Dimethyl-, Methylvinyl- und Methylphenylsiloxaneinheiten, bzw. einem Divinylbenzol/Ethylstyrol-Gemisch, hergestellt wurden. Die Darstellung der ersten Hierarchieebene wurde durch die Mikrostrukturierung der Substratpolymere mittels Laserinterferenzlithografie mit einem Nanosekunden gepulsten Nd:YAG-Laser bei λ = 266 nm erreicht. Die Phenylsubstituenten der Elastomere dienten als Chromophor für die Laserablation. Die zweite Hierarchieebene stellte gepfropfte Haftbürsten aus Homopolypeptiden dar. Im ersten Schritt erfolgte eine Aktivierung der Oberfläche mit Sauerstoff-, Stickstoff oder Argonplasma (40 kHz). Der zweite Schritt stellte die Aminofunktionalisierung durch die Beschichtung mit (3-Aminopropyl)trimethoxysilan dar. Die Oberflächenbelegung mit sterisch zugänglichen Aminogruppen wurde über die Anbindung des Fluoreszenzmarkers Fluoresceinisothiocyanat überprüft. Die dritte Stufe umfasste die Darstellung von Polypeptid-SAMs via Pfropfpolymerisation der NCarboxyanhydride von L-Glutaminsäure-5-benzylester und Nε-Carbobenzyloxy-LLysin von den aminofunktionalisierten Oberflächen. Die Pfropfpolymerisation gelang an Oberflächen, die im ersten Schritt mit Sauerstoffplasma behandelt wurden. Die Schichtdicke der Poly-Nε-Carbobenzyloxy-L-Lysin-SAMs betrug 17 nm.

This work presents the synthesis and surface structuring of substrate polymers and the chemical surface modification thereof to mimic gecko fibre arrays. Functional siloxane elastomers served as the substrate polymer. They were synthesized via hydrosilylation from Hydrosiloxanes, Tricopolysiloxanes containing Dimethyl-, Methylvinyl- and Methylphenylsiloxane groups and a blend from Divinylbenzene/Ethylstyrene. Substrate polymers were micro structured by laser interference lithography with a Nd:YAG laser at λ = 266 nm to create the first hierarchic level. Phenyl groups within the siloxane network served as a chromophore for laser ablation. The second hierarchic level was build up by grafting chains of homopolypeptides. The first step involved activation of the surface by 40 kHz-Plasma using Oxygen, Nitrogen and Argon. The second step involved aminofunctionalization of plasma activated samples with (3-Aminopropyl)trimethoxysilane. Amine group density was investigated by fluorescence measurements using Fluorescein isothiocyanate as a marker. In the third surface modification step Polypeptide-SAMs were synthesized via surface-graft polymerization of N-Carboxyanhydrides of γ- Benzyl-L-Glutamic acid and Nε-Carbobenzyloxy-L-Lysine from amino functionalized samples. Graft polymerization was successfully carried out on samples treated with Oxygen plasma prior to amine-functionalization. The layer thickness of the Poly- Nε- Carbobenzyloxy-L-Lysine-SAMs was 17 nm.