Quellen und Trennen von Lipidvielschichtsystemen. Untersuchung des Prozesses und neuer Membranstrukturen
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1 Quellen und Trennen von Lipidvielschichtsystemen Untersuchung des Prozesses und neuer Membranstrukturen Dissertation zur Erlangung der Doktorwürde des Fachbereichs Physik der Freien Universität Berlin vorgelegt von Johannes Thimmel aus Offenbach Berlin, im Dezember 1999
2 1. Gutachter : Prof. Dr. W. Helfrich Institut für Experimentalphysik der Freien Universität Berlin Arnimallee 14, Berlin 2. Gutachter : Prof. Dr. M. P. Heyn Institut für Experimentalphysik der Freien Universität Berlin Arnimallee 14, Berlin Tag der Disputation: 04. Februar 2000
3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Einführung Aufbau der Arbeit Experimentelle Methoden Proben Substanzen Präparation für Mikroskopie Präparation für Röntgenbeugung Lichtmikroskopie Phasenkontrast Röntgenbeugung Drehanode Synchrotron Detektorkalibration Halbwertsbreite und Intensität einer Beugungsordnung Instrumentelle Beiträge und Datenanalyse Streuintensität Größe der Streudomänen Unordnung Grundlagen Krümmungselastizität fluider Membranen Hookesche Krümmungselastizität Krümmungselastizität höherer Ordnung Fluktuationen Mittleres Amplitudenquadrat Modell lokaler Membranfluktuationen (Hutmodell) Durch höhere Krümmungsbeiträge veränderte Biegesteifigkeit Wechselwirkung zwischen Membranen Van der Waals Hydratation Elektrostatik Undulationen Zusammenspiel der Wechselwirkungen i
4 ii INHALTSVERZEICHNIS 3.3 Modell für Hydratisierung durch Permeation Quellen und Trennen von PC-Vielschichtsystemen in Überschußwasser Einführung Durch Wasserzugabe eingeleitete Hydratisierung Experimentelle Ergebnisse Deutung der Messung Diskussion anhand eines Permeationsmodells Trennen von Vielschichtsystemen Charakterisierung des Systems Orientierung Der Lipidring Homogenität der Hydratisierung nach der Wasserzugabe Auswirkung der Temperaturerhöhung Stadien des Quellens: Phase I und II Simultaner Abbau der Ordnung innerhalb einer Probe Temperaturabhängigkeit der Dauer von Phase I und II sowie des Schichtabstandes Entwicklung der Halbwertsbreite Änderungen bei tiefen Temperaturen Koexistenz von Abständen Zusammenfassung Gleichzeitige optische Beobachtungen und Röntgenaufnahmen Optische Beobachtungen während des Quellprozesses Entwicklung innerhalb der Kapillare Dauer von Phase I Charakterisierung neu entstandener Quellstrukturen Röntgendiffraktogramm von Proben in der gelösten Phase Morphologie der Quellkörper aus Phase II Gangunterschied in zylindrischen optisch homogenen Objekten Mittlerer Schichtabstand in zylindersymmetrischen Objekten Zusammenfassung Zusammenfassung und Diskussion Proben mit und ohne Auflösungserscheinungen Stabile Proben Schichtabstände im System DOPC/Wasser Möglicher Mechanismus für den Abbau der lamellaren Ordnung128 5 Optisch isotrope Objekte im System DGDG/Wasser/NaCl Einführung Optische Beobachtungen Entstehung
5 INHALTSVERZEICHNIS iii Diskussion Temperaturabhängigkeit Diskussion Abschätzung der Lipidkonzentration Diskussion Abschätzung der Viskosität Röntgenuntersuchungen Flachprobenkammer Justage Optische Charakterisierung Ergebnisse Diskussion Strukturmodell für isotrope Objekte Zusammenfassung 161 Glossar 165 Literaturverzeichnis 167
6 Lebenslauf Name Johannes Thimmel Geburtsdatum 25. November 1966 Geburtsort Offenbach/Main Schulbildung 09/73-08/77 Grundschule in Kahl/Main 09/77-01/82 Spessart Gymnasium Alzenau 01/82-12/86 Escola Experimental Corcovado 11/85 brasilianische Hochschulreife 12/86 deutsche Hochschulreife Studium 04/87-06/93 Physik an der Universität Bonn 04/87-10/89 Grundstudium (Vordiplom) 10/89-03/92 Hauptstudium Physik 03/92-06/93 Diplomarbeit am Forschungszentrum Jülich auf dem Gebiet der Detektorentwicklung bei Prof. Dr. K. Kilian, Thema: Untersuchung der Lichtausbeute von Plastikszintillatoren wiss. Mitarbeiter 02/94-01/99 Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Freien Universität Berlin, Institut für Physik, im SFB 312 ( gerichtete Membranprozesse )
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