Abschlussbericht

Antifoulingkonzepte für Sensoren für das Wassermonitoring durch sterisch
optimierte Tetraetherlipid-Coatings
PTKA-WTE
Die zuckerkomplexierende Wirkung der Boronsäure wird genutzt und mit Trehalose, Inulin und
Chitosan weiter umgesetzt. Probekörper mit den hier genannten Modifizierungen wurden den
Projektpartnern zur Testung zur Verfügung gestellt. Die erfolgreiche Lipidierung aus wässrigen
Systemen sowie die Anforderungen der Praxispartner nach einer möglichst universellen Aktivierung
von Kunststoffoberflächen machte die Suche nach einer Oberflächenaktivierung notwendig, die
ebenfalls aus Wasser erfolgen kann.
Unter Wasser lebende Muscheln verfügen zur Haftung an Oberflächen über ein spezielles, Dopamin
reiches Protein (Literatur: Lee, Haeshin et al. (2006) PNAS 103, 12999ff). Das Dopamin an sich hat
die Eigenschaft, auf fast allen Oberflächen sehr fest zu haften und in Abhängigkeit von Zeit und
Temperatur Polydopamin zu bilden, das Schichten bildet. Es ist gelungen, ausgehend von Dopamin in
einem sehr einfachen Verfahren aus wässriger Lösung definierte Schichten von Polydopamin zu
erzeugen. Die Methode ist einfach und schnell (1h für 10 nm Dicke), liefert reproduzierbare
Ergebnisse und die gebildeten Schichten sind stabil gegenüber organischen Lösungsmitteln sowie
Ultraschall. Eine Aktivierung der Materialoberfläche etwa durch UV/ Ozon ist nicht zwingend
notwendig. Die Polydopaminschicht ist homogen und reaktiv. Werden Si-Wafer, die eine
Polydopaminschicht tragen, mit wässrig/ alkoholischen Mizellen/ Liposomen von Caldarchaeoldiphosphat
oder Dicyanurylcaldarchaeol zur Reaktion gebracht, lässt sich mittels Ellipsometrie ein
Anwachsen der Schichtdicke um etwa 4 nm messen. Dieses Resultat sowie die Veränderung des
Kontaktwinkels belegen die erfolgreiche Lipidierung. Damit wurde ein Verfahren für die neuen
Materialien entwickelt, für die die Praxispartner Anforderungen formuliert haben und die nicht mit
organischen Lösungsmitteln behandelt werden können.
6.1.4 Darstellung von Tetraetherlipidschichten
4HJE
Aus dem Applikationsfeld Durchflussmessstrecken für das Gewässermonitoring wurden relevante
sensorische, funktionale und konstruktive Substratmaterialien, für die eine Antifoulingbeschichtung in
Frage kommt, ausgewählt, die entsprechenden Materialien und Komponenten beschafft und
Materialproben von bisher noch nicht beschichteten Werkstoffen (PVC, PEEK, PMMA) sowie die
bewährten Standardsubstrate für die Testreihen (Borofloat ® 33-Slides und -Ronden) den
Projektpartnern MLU und iba für Lipidierungsversuche bzw. Beschichtung mit den Tetraetherlipid-
Modifikationen zur Verfügung gestellt. In späteren Projektphasen wurden auch 3D-Substrate (Zylinder
aus Borosilikatglas) für die Realisierung eines Demonstartionssystems zur Beschichtung übergeben.
Aus dem Bereich des Gewässermonitorings wurden Parameter definiert, aus denen folgende
Anforderungen an die Darstellung der modifizierten Tetraetherlipidschichten resultierten:
• stabile Verbindung mit dem Trägersubstrat, damit sich die Schicht im bewegten Messmedium
(Strömungsgeschwindigkeiten bis 2 m/s, zum Teil auch 5 m/s) nicht ablöst
• Beständigkeit gegen abrasive Partikel im Messmedium (z.B. Sedimentfrachten bis 500 mg/l mit
Partikelgrößen < 20 µm bis 600 µm)
• thermische Beständigkeit (-2 bis 40°C)
• chemische Beständigkeit (diverse Salze, Kohlenwasserstoffe, ...)
• Beständigkeit gegen Sonnenlicht/ UV-Strahlung
• Benetzbarkeit/ ungehinderter Kontakt insbesondere elektrochemischer Sensoren zum
Messmedium
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