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Fakultät 2
Arbeitsgebiet Physikalische Chemie II Prof. Dr. Reiner Schmid

aktuelle Projekte

Untersuchung des Adsorptionsverhaltens von Lipasen an fluiden Grenzflächen mit Hilfe der Ellipsometrie

Mit Hilfe der Ellipsometrie, einem Messverfahren der Materialforschung und der Grenzflächenphysik können u.a. Schichtdicken sehr dünner Schichten bis in den sub-Nanometer-Bereich erfasst werden. Fluide Grenzflächen (z.B. Wasser-Luft, oder Öl-Wasser) stellen dabei eine besondere Herausforderung dar. Unsere Arbeitsgruppe untersucht nun an solchen Grenzflächen das Adsorptionsverhalten von Lipasen mit Hilfe der Ellipsometrie und der Tensiometrie. Ziel ist es, detailierte Aussagen zur Adsorptionskinetik und zu den Oberflächenbelegungsgraden zu treffen. Durch die Optimierung unseres Ellipsometers sind Aussagen über die molekulare Orientierung der Lipase an den Grenzflächen möglich.

Untersuchung reaktionsspezifischer Grenzflächenphänomene bei der biokatalytischen Spaltung von nativen Ölen

Ein erfolgreicher Einsatz von Lipasen als grenzflächenaktive Katalysatorsysteme für die Hydrolyse von nativen Ölen erfordert ein grundlegendes Verständnis der an den Phasengrenzen stattfindenden Phänomene. Von außerordentlicher Wichtigkeit für den Umsatz stellt dabei das Konkurrenzverhalten, der von der Lipase selbst hergestellten Spaltprodukte (Fettsäuren, Partialglyceride), dar. Diese können als grenzflächenaktive Substanzen den Reaktionsverlauf drastisch beeinflussen, in manchen Fällen sogar zum Stillstand bringen. Forschungsarbeiten im Rahmen dieses Projekts, liefern einen wichtigen Beitrag zur Vertiefung des Verständnisses dieser Vorgänge.

Die dynamischen Prozesse an der Phasengrenzfläche Öl/Wasser werden mit Hilfe der Ellipsometrie und der Tensiometrie (Pendant Drop- und Wilhelmy-Methode) untersucht. 

Ellipsometrie an der Öl/Wasser-Grenzfläche mit Hilfe von Waveguides
Das Schrumpfen eines Tetradecan-Tropfens führt zu einer Kompression der Lipaseschicht. Durch die Hautbildung entstehen Falten.
Methodenentwicklung - Steigerung der Empfindlichkeit in der Null-Ellipsometrie

Bei sehr dünnen Schichten ist der Parameter ψ in der konventionellen Ellipsometrie sehr unempfindlich auf kleine Veränderungen in der Schichtdicke, bzw. des Brechungsindexes der Schicht, was die Genauigkeit der nachfolgenden Datenanalyse limitiert. Dies ist insbesondere bei sehr dünnen Schichtsystemen mit geringem Brechungsindex-Kontrast der Fall.

Das Ziel des Vorhabens ist, die Null-Ellipsometrie so zu modifizieren, dass diese ohne großen Aufwand gezielt auf das jeweilige zu messende Schichtsystem angepasst werden kann. Dies führt zu einer gesteigerten Empfindlichkeit des Parameters ψ, einer Optimierung des Nullfindungsprozesses und damit insgesamt zu einer gesteigerten Messgenauigkeit. Ziel ist es, die Methode für zukünftig geplante Messungen an biochemisch relevanen Schichtsystemen zu optimieren. Die modifizierte Form der Ellipsometrie könnte sich damit als wichtiges Werkzeug für solche Schichtsysteme etablieren, wo konventionelle Methoden prinzipiell stark fehlerbehaftet sind.