BROADCASTS.com

In dieser Arbeit wurde mit R\xf6ntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) und Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS) die Struktur und das Phasenverhalten supramolekularer Komplexe aus Lipiden und hydrophiler DNA in unpolarem L\xf6sungsmittel (Alkan) sowie von Komplexen aus Tensiden und hydrophoben Dendrimeren in w\xe4\xdfriger Umgebung untersucht. In beiden F\xe4llen wurden Makromolek\xfcle mit Amphiphilen komplexiert, die eine sowohl zur Oberfl\xe4che der Makromolek\xfcle als auch zum L\xf6sungsmittel kompatible Grenzfl\xe4che erzeugen.\n\tWeiterhin wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Klein- und Weitwinkel R\xf6ntgenstreuanlage konzipiert und aufgebaut, die f\xfcr Untersuchungen an weicher kondensierter Materie unter maximalen Flu\xdf optimierte wurde. Der absolute Photonenflu\xdf und die Aufl\xf6sungsfunktion, sowie das Signal-Rausch-Verhalten und die zeitabh\xe4ngige Speicherung des Bildplattensignals wurden bestimmt und mit der Theorie verglichen.\n\nUm eine DNA-basierte selbstorganisierte Strukturbildung in unpolaren L\xf6sungsmitteln zu verstehen, wurden Grundlagenuntersuchungen an Lipid/DNA-Komplexen in Alkan durchgef\xfchrt und das Phasendiagramm des quatern\xe4ren System aus DNA, Lipid, Wasser und Alkan bestimmt. Es wurden Lipidmischungen aus dem zwitterionischen DOPE und dem kationische DOTAP verwendet, und die Untersuchungen auf ein isoelektrisches Verh\xe4ltnis zwischen DOTAP und DNA beschr\xe4nkt. Das Phasendiagramm wurde als Funktion des Gewichtsanteil Phi des zwitterionischen Lipides DOPE an der Lipidgesamtmenge beschrieben. Bei einer ausreichenden Zugabe von Wasser und Alkan bilden diese zwei getrennte Phasen, wobei sich die Messungen auf die Alkanphase konzentrierten.\n\tDie Lipid/DNA-Komplexe wurden mit R\xf6ntgenkleinwinkelmessungen am Hamburger Synchrotronstrahlungslabor (HASYLAB) untersucht. Es konnte eine stabile Mesophase aus inversen zylinderartigen Lipid/DNA-Mizellen nachgewiesen werden, die bei steigendem DOPE Anteil Phi in eine Phase aus inversen sph\xe4rischen Lipid-Mizellen mit DNA-freiem Wasserkern \xfcbergeht. Zwischen beiden Phasen befindet sich ein Koexistenzbereich aus zylindrischen und sph\xe4rischen Mizellen, welcher sich zwischen Phi=72 % und Phi=82 % erstreckt.\n\tDie DNA befindet sich im Inneren der zylinderartigen inversen Lipidmizellen und ist entlang der Mizelle gestreckt. Sie wird von einer 1 nm dicken Wasserschicht von dem umgebenden Lipid getrennt. Die aus der Elektronendichteverteilung ermittelte Zusammensetzung der Lipidh\xfclle ist gegen\xfcber der zugegebenen Lipidzusammensetzung Phi zu einem h\xf6heren DOPE Gehalt verschoben. Aus der Interpartikelkorrelation kann eine starke Zunahme der Konzentration der Lipid/DNA-Mizellen mit steigendem Phi nachgewiesen werden.\n\tInteressanterweise ist die Struktur der zylinderartigen Lipid/DNA-Mizellen weitgehend unabh\xe4ngig von der Sorte der verwendeten Alkane (Oktan, Dekan und Dodekan). Der Koexistenzbereich verschiebt sich bei Oktan in Vergleich zu Dekan und Dodekan zu einem h\xf6heren Wert. Au\xdferdem k\xf6nnen in Dekan f\xfcr reines DOTAP (Phi=0 %) keine Komplexe festgestellt werden.\nEs wurde das Phasenverhalten der Lipid/DNA-Komplexe als Funktion der Wasserkonzentration bestimmt. Dies wurde exemplarisch bei einer Lipidzusammensetzung von Phi=76 % durchgef\xfchrt, bei der unter Wasser\xfcberschu\xdf ann\xe4hernd die gesamte DNA in Alkan \xfcbergeht. Bei niedrigem Wassergehalt bilden sich in Alkan invertierte sph\xe4rische Lipidmizellen, die mit steigendem Wassergehalt anschwellen. Ab einem Wassergehalt von 163 % (Gewichtsprozent Wasser zu DNA) treten zylinderartige Lipid/DNA-Mizellen auf, deren Wassergehalt mit der zugegebenen Wassermenge bis zu einer Schichtdicke von 1 nm zunimmt.\n\nIm zweiten Teil der Arbeit wurden mit Hilfe der Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie hydrophobe Polyphenylen-Chromophor-Dendrimere untersucht. Drei Arme des Dendrimers weisen fluoreszierende Gruppen auf, der vierte einen bioaktiven Biotinanker. Es konnte gezeigt werden, da\xdf die Dendrimere supramolekulare Komplexe mit Tensiden formen und so in w\xe4\xdfrigen Medien gel\xf6st und als multichromophorer Fluoreszenzmarker verwendet werden k\xf6nnen. Die Komplexe zeigen bei Verwendung verschiedener Tenside unterschiedliche Strukturen. Alle weiteren Messungen wurden mit dem Tensid Tween 20 durchgef\xfchrt, das monodisperse Tensid/Dendrimer-Mizellen mit jeweils einem einzelnen Dendrimer bilden kann.\n\tAus der Analyse der Fluoreszenzautokorrelation bei einer Dendrimerkonzentration von 50 nM erh\xe4lt man zwei stark unterschiedliche Diffusionszeiten von t_D=168 \xb5s und t_D=2470 \xb5s, die beide \xfcber den gesamten Tensid-Konzentrationsbereich nachweisbar sind. Die schnellere Komponente aus Tensid/Dendrimer-Mizellen mit jeweils einem einzelnen Dendrimer pro Mizelle, dominiert die Autokorrelationsfunktion oberhalb einer Tensidkonzentration von 1,7e-4 M. Ihre Diffusionskonstante bleibt f\xfcr alle Tensidkonzentrationen konstant und ergibt einen hydrodynamischen Radius R_H=7,1 nm. Die langsamere Komponente aus gro\xdfen Aggregaten mit einer Vielzahl von Dendrimeren \xfcberwiegt unterhalb der \xdcbergangskonzentration. Ihr hydrodynamischer Radius divergiert mit sinkender Tensidkonzentration bis hin zu einer Gr\xf6\xdfe von \xfcber 20\xb5m.\n\tDie Tensid/Dendrimer-Mizellen bleiben auch bei Verd\xfcnnung stabil. Innerhalb eines Konzentrationsbereiches der Dendrimere zwischen 10 nM und 10 M ist die gemessene Konzentration proportional zu dem Verd\xfcnnungsfaktor. Damit k\xf6nnen die Tensid/Dendrimer-Mizellen als Fluoreszenzmarker f\xfcr quantitative Fluoreszenzmessungen genutzt werden.