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Solubilisierung von molekularen Gästen in Mizellen

  Solubilisierung von molekularen Gästen in Mizellen

 

Tenside werden auf vielfältige Weise verwendet. So finden sie z.B. Anwendung bei Wasch- und Reinigungsvorgängen, in der Kosmetik, der Pharmazie, der Behandlung von Textilien und Metalloberflächen, beim Bergbau und der Erdölindustrie. Auf diese Weise gehören Tenside zu den gebräuchlichsten Chemikalien in der Industrie.  

Eines der charakteristischsten Merkmale von Tensiden ist die Bildung von Aggregaten, die als Mizellen bezeichnet werden. Diese Mizellen bestehen aus einem hydrophoben Kern, welcher aus den Kohlenstoffketten des Ambiphils besteht, und einer hydrophilen Grenzfläche, an welcher die polaren Kopfgruppen lokalisiert sind. Dieser Aufbau verleiht den Mizellen die Fähigkeit, Gäste - Solubilisat - aufzunehmen und diesen hierzu innerhalb der Mizelle verschiedene Umgebungen, die vom unpolaren Inneren bis zum polaren Mizell­Wasser Interface reichen, zur Verfügung zu stellen.

 

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Mizellen können verschiedene Gestalten, die sich bezüglich ihrer Eigenschaften (Mikroviskositäten, Polarität, Phasenvolumen... ) unterscheiden können, annehmen.

 

Daher werden in zahlreichen technischen und medizinischen Applikationen Mizellen als Trägersysteme verwendet.

 

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Unser Ziel ist es, genauere Erkenntnisse über die Vorgänge, die während der Solubilisation von Gastmolekülen  in Mizellen ablaufen, zu gewinnen. Hierzu untersuchen wir mittels Lichtstreuung und Fluoreszenzspektroskopie den Einfluss des Solubilisats auf die Mizellstruktur. Anhand der beobachteten Strukturveränderungen sind Vorhersagen über den Solubilisierungsort des Gastes innerhalb der Mizelle möglich.

Bei den von uns verwendeten Gästen handelt es sich um molekularen Klammern, die aufgrund ihres molekularen Aufbaues in der Lage sind, Gäste aufzunehmen.

 

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Sie sind dadurch zur molekularen Erkennung befähigt und dienen als Enzym/Substrat-Modellsysteme.

 

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Die Kombination mit Tensiden ergibt ein hoch interessantes System in dem Gäste wiederum Gäste aufnehmen können.

 

Anhand dieses Systems ist es möglich viele Phänomene, wie z.B. Vorgänge, die innerhalb von Zell-Lipidmembranen stattfinden, zu untersuchen und erhält so Zugang zu neuen Erkenntnissen.

 

So sorgen in der Natur Transportproteine für den Ionen-Transport durch die hydrophobe Zellwand.

 

Von großem Interesse sind auch energetische Vorgänge der Solubilisierung. Hierzu haben wir auf der Basis eines von Kawamura et al. für die UV/VIS-Spektroskopie entwickelten Verfahrens eine Methode entwickelt, die es aufgrund der höheren Empfindlichkeit der Fluoreszenzspektroskopie ermöglicht, mit geringsten (10-7 M) Solubilisatmengen solche Vorgänge zu untersuchen. Die dabei verwendeten Solubilisatmengen beeinflussen dabei im wesentlich geringeren Maße die mizellhaltige Lösung als das ursprüngliche Verfahren, welches höhere Konzentrationen (~10-4 M) verwendete. Im Gegensatz zu anderen Fluoreszenz-Quenching Verfahren, die die gleiche Empfindlichkeit besitzen, kommt es ohne eine weitere Molekülsorte (Quencher) aus.

 

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Hierbei wird der Verlauf der Fluoreszenzintensität in Abhängigkeit von der Tensidkonzentration verfolgt. Es ergibt sich ein sigmoidaler Verlauf, der mathematisch ausgewertet, Zugang zu den gesuchten thermodynamischen Größen gibt.

 

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Verlauf der Fluoreszenzintensität molekularer Klammern in Abhängigkeit von der Tensidkonzentration CS.