Dokument: Self-assembly of anisotropic DNA-based patchy particles

Titel:	Self-assembly of anisotropic DNA-based patchy particles
Weiterer Titel:	Selbstorganization von anisotropen DNS-basierten patchy Teilchen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=50479
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20191007-083854-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Novak, Sanja [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 10,55 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 12.08.2019 / geändert 12.08.2019
Beitragende:	Prof. Dr. Dhont, Jan K. G. [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Egelhaaf, Stefan U. [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Patchy colloids constitute a new class of materials in the area of soft matter. They contain discrete interaction sites called patches at specific locations on the particle surface which ensure directionality in the interactions of the particle with its surrounding. Therefore, these new materials hold great promise to provide novel programmed approaches of self-assembly for colloidal particles. This is possible by controlling the position, number and physicochemical properties of the patches. Adding shape anisotropy to patchy particles can substantially enrich the phase behavior of these colloidal systems. Due to synthetic challenges, the self-assembly of anisotropic patchy particles is less explored in comparison to spherical ones. The work presented in this thesis focuses on systematic investigation of the phase behavior of anisotropic DNA-based patchy particles. Using DNA as a molecular tool, different DNA-based patchy constructs with engineered shape and interaction potentials are fabricated. Gapped all-DNA duplexes, all-DNA rod-like patchy particles and DNA-polymer hybrid soft-patchy particles are presented. Their self-assembly behavior is the core of the thesis. Experimental methods, small-angle X-ray scattering and polarizing optical microscopy, are complemented by computer simulation results in order to obtain a comprehensive understanding of the self-assembly pathways of the mentioned systems. All of the above systems exhibit rich self-assembly behavior resulting with the formation of complex phases, including novel lyotropic liquid crystal and cubic network phases. Moreover, the experimental realization of a new self-assembly concept is introduced based on programmable decoration of DNA backbone with temperature-responsive polymeric patches. The results presented reveal that DNA-based patchy constructs can serve as model systems to explore a wide range of physical phenomena in soft matter. Patchy kolloidale Teilchen bilden eine neue Klasse von Materialien auf dem Gebiet der Weichen Materie. Die Teilchen haben diskrete Wechselwirkungsstellen an spezifischen Oberflächenpunkten (sog. Patches), welche eine orientierungsabhängige Wechselwirkung mit ihrer Umgebung ermöglichen. Diese neuen Materialien sind daher vielversprechend für neue programmierte Methoden zur Selbstorganisation kolloidaler Teilchen. Dies ist ermöglicht durch die kontrollierte Auswahl der Zahl, Positionen und physikochemischen Eigenschaften vonWechselwirkungsstellen. Zusätzliche Formanisotropie der patchy Teilchen kann zu einer signifikanten Anreicherung an möglichen Phasen dieser kolloidalen Systeme führen. Die Selbstorganisation von anisotropen patchy Kolloiden ist aufgrund erhöhter Herausforderungen in der Synthese weniger erforscht als die Selbstorganisation isotroper Teilchen. Die in der Promotionsarbeit dargestellte Forschungsarbeit beinhaltet systematische Untersuchungen des Phasenverhaltens von anisotropen, DNS-basierten patchy Teilchen. Unter Verwendung von DNS als molekularem Werkzeug werden DNSbasierte patchy Konstrukte mit maßgeschneiderten Formen und Wechselwirkungspotentialen hergestellt. Syntheseergebnisse für Duplexe mit Lücke und stäbchenförmigen patchy Teilchen aufgebaut aus reiner DNS sowie für weiche patchy DNS-Polymer Hybridteilchen werden präsentiert. Das Verhalten dieser Konstrukte bei Selbstorganisation bildet das Herzstück dieser Arbeit. Diverse experimentelle Methoden einschließlich Kleinwinkelröntgenstreuung und optischer Polarisationsmikroskopie werden ergänzt durch Computersimulationsergebnisse um zu einem umfassenden Verständnis der Selbstorganisationswege der untersuchten Systeme zu gelangen. Die Systeme weisen alle ein vielfältiges Verhalten bei der Selbstorganisation auf, mit Ausbildung komplexer Phasen einschließlich neuartiger lyotroper Flüssigkristalle und kubischer Netzwerkphasen. Weiterhin wird die experimentelle Realisierung eines neuen Konzepts der Selbstorganisation vorgestellt, basierend auf der maßgeschneiderten Dekoration des DNS Gerüsts mit auf thermische Veränderungen reagierenden Polymer Patches. Die in der Arbeit dargestellten Ergebnisse zeigen, dass auf DNS basierende patchy Konstrukte als Modellsysteme dienen können für die Erforschung eines breiten Spektrums an physikalischen Phänomenen auf dem Gebiet der Weichen Materie.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Physik der kondensierten Materie
Dokument erstellt am:	07.10.2019
Dateien geändert am:	07.10.2019
Promotionsantrag am:	29.05.2019
Datum der Promotion:	17.07.2019