Mechanische Eigenschaften von Poren-Spanning Membranen aus Riesenvesikeln vorbereitet

Das wissenschaftliche Interesse an den mechanischen Eigenschaften von Membranen erwächst aus deren vielfältigen morphologischen und physiologischen Funktionen. Jedoch erfordert die Komplexität nativer Membranen die Verwendung von Modellsystemen, die das Verhalten biologischer Membranen nachahmen. In dieser Arbeit wurden porenüberspannende Membranen, welche die freitragenden Eigenschaften schwarzer Lipidmembranen (Black Lipid Membranes, BLM) sowie die Stabilität festkörperunterstützter Membranen kombinieren, auf porösen Substraten verwendet.Die mechanischen Eigenschaften dieser porenüberspannenden Membranen wurden mit Fluoreszenzmikroskopie und sowohl abbildener Rasterkraftmikroskopie (AFM) als auch Indentationsexperimenten untersucht.Porenüberspannende Polymermembranen wurden aus Poly(butadien)-b-poly(ethylenoxid)-Polymerosomen durch osmotisch induziertes Spreiten hergestellt. Die porenüberspannenden Polymermembranen wurden mit Kraftindentationsexperimenten unters! ucht, wobei sie ein viskoelastisches Verhalten zeigten. Die Energiedissipation wurde durch Berechnungen der Hysterese zwischen Indentations- und Abrisskraftkurve erhalten. UV-induzierte Quervernetzung des hydrophoben Poly(butadien)-Kerns der Polymermembran diente zur Untersuchung des Einflusses des Verzweigungsgrades der Ketten auf ihre viskoelastischen Eigenschaften. Darüber hinaus wurde ein zweistufiges Funktionalisierungsprotokoll entwickelt um lösungsmittelfreie, lateral bewegliche, stabile porenüberspannende Phsospholipidmembranen durch Spreiten großer Phospholipidvesikel zu erhalten.Kraftindentationsexperimente lieferten Membranspannungswerte, während Membrankrümmungssteifigkeiten aus der Zugkraft erhalten wurden, welche benötigt wird um beim Rückzug des AFM Cantilevers Tether aus porenüberspannenden Membranen zu ziehen. Force Mapping von mehreren Poren während einem einzelnen Experiment demonstrierte die Stabilität der porenüberspannenden Membranen und die Effizienz der AFM-Kraftindentationsexperimente. Geringfügige Änderungen der viskolelastischen Eigenschaften der porenüberspannenden Membranen wurden nach der Zugabe von Isopropanol zur Membranumgebung beobachtet, was die Sensitivität der gewählten Untersuchungsmethode in dieser Arbeit bestätigt.Research interest in the mechanical properties of membranes arises from the multitude of morphological and physiological functions they govern. However, the complexity of native membranes requires the use of model systems which mimic the behavior of biological membranes. Here, pore-spanning membranes, which combine the free-standing character of a black lipid membrane together with the stability of a solid-supported membrane, have been prepared on porous substrates. Fluorescence microscopy, atomic force microscopy (AFM) imaging and force indentation experiments performed on these pore-spanning membranes provided information about their mechanical properties. Pore-spanning polymer membranes were prepared from poly(butadiene)-b-poly(ethylene oxide) polymersome rupture induced by osmotic stress. The pore-spanning polymer membranes were studied by force indentation experiments and were found to exhibit viscoelastic behavior. The energy dissipation was quantified through calculat! ion of the extent of hysteresis observed between indentation and retraction force curves. UV light cross-linking of the hydrophobic poly(butadiene) core of the polymer membranes was performed to study the effect of chain entanglement on their viscoelastic properties. Furthermore, two-step functionalization procedure was developed to prepare solvent-free, laterally mobile, robust pore-spanning phospholipid membranes by giant phospholipid vesicle rupture. Force indentation experiments provided membrane tension values, while preliminary membrane bending rigidity values were calculated from force needed to pull tethers out of pore-spanning membranes upon AFM tip retraction. Force volume imaging of several pores in a single experiment demonstrated the robustness of the pore-spanning membranes and the efficiency of AFM force indentation experiments. Subtle changes in the mechanical properties of the pore-spanning membranes were observed after addition of isopropanol to the membra! ne environment which confirmed the sensitivity of the investig! ation ap proach proposed in this work