Abschlussbericht

Antifoulingkonzepte für Sensoren für das Wassermonitoring durch sterisch
optimierte Tetraetherlipid-Coatings
PTKA-WTE
MLU
Eine berichtspflichtige Hauptaufgabe betrifft die Weiterentwicklung der Beschichtungstechnologie
- durch eine schonende Präaktivierungsprozedur
- Tauch- und Sprühverfahren sollen getestet werden
- durch ein Verfahren für ein einfaches und umweltfreundliches Aufbringen der Schicht.
Die während des Projektes zum Einsatz gekommene Technologie zur Lipidbeschichtung von
Borofloatgläsern ist gut etabliert und gliedert sich in die Präaktivierung der Materialoberfläche, die im
allgemeinen durch 5 minütige Bestrahlung aus 5 mm Abstand mit UV/Ozon (Xeradexverfahren) erfolgt
und die anschließende mehrstündige Beschichtung in der Regel mit Cyanuryllipiden in einer
geschlossenen Teflonkammer bei 70°C. Um diese zeitaufwändige Lipidierung zu umgehen, wurde
stets nach Möglichkeiten zur Optimierung gesucht.
Es ist erstens gelungen, das zu Projektbeginn ausschließlich verwendete toxische und
umweltbedenkliche Lösungsmittel Chloroform durch Cyclohexan, gegebenenfalls durch Aceton (für
Capsum-Membranen STM) oder Mischungen beider Lösungsmittel zu substituieren. Cyclohexan hat
sich hinsichtlich Lipid-Löseeigenschaften und Siedepunkt als besonders geeignet herausgestellt.
Zweitens wurden alternativ Tauch- und Sprühverfahren getestet. Erfolgreich verlief das Besprühen
einer aktivierten (UV-bestrahlten) Glasoberfläche mit verdünnter Lipidlösung und einem
anschließenden Temperschritt (120 min bei 90°C).
Drittens gelingt die Lipidierung in einer alternativen Methode mit dem unmodifizierten Caldarchaeol,
wenn die Materialoberfläche zuvor mit Cyanurchlorid zur Reaktion gebracht wurde. Die Synthese des
Cyanuryl-caldarchaeols entfällt bei dieser Methode, allerdings muss die weitere Modifizierung des
Lipids an der im Vergleich mit der Cyanurylgruppe weniger reaktiven Hydroxylgruppe erfolgen.
Viertens konnte in der zweiten Hälfte des Projektes eine wichtige Vereinfachung des Beschichtungsverfahrens
erreicht werden: Neue Kopfgruppen am Caldarchaeol ermöglichen das Arbeiten im
wässrigen System, bei Raumtemperatur, ohne Einsatz bedenklicher organischer Lösungsmittel oder
einer geschlossenen Kammer und bringen eine enorme Zeitersparnis. Damit konnte jetzt erstmals
eine sehr einfache Lipidierungsmethode entwickelt werden – quasi eine Methode für Jedermann! Nur
durch einfaches Tauchen in die wässrig/alkoholische Mischung des Lipids bei Raumtemperatur wird
ein fest haftendes Oberflächencoating erreicht.
Dieses einfach handhabbare Verfahren wird durch neue reaktive Kopfgruppen ermöglicht, die die
bewährte Möglichkeit zur Kopplung der Tetraetherlipide über den Cyanurchlorid-Linker beträchtlich
erweitern.
Die Kopplung des Lipids an Materialoberflächen aus wässriger Lösung wurde im Hinblick auf die
Anforderungen der Projektpartner und den zu beschichtenden polymeren Werkstoffen (PEEK, PVC,
PMMA) in der zweiten Projekthälfte verstärkt in Angriff genommen. Diese enorme Herausforderung
konnte nur durch die Synthese neuer Caldarchaeolderivate gelingen. Mit der erfolgreichen Herstellung
des Caldarchaeolphosphates lag zum ersten Mal eine Substanz mit den folgenden bemerkenswerten
Eigenschaften vor:
• bildet in Wasser/Isopropanol Mizellen/Liposomen, die bei Kühlschranklagerung mehrere
Wochen stabil sind
• bindet dauerhaft an Amino- und oxidische Oberflächen
• bildet etwa 4 nm „dicke“ Schichten (Siehe folgendes Bild) mit Randwinkel oberhalb von 85°
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