Gast-Partikel in mikroskaligen, dreidimensionalen Wirts-Partikeln: Herstellung durch Nanoimprintlithographie und ihre Charakterisierung
| dc.date.accessioned | 2020-05-13T10:29:21Z | |
| dc.date.available | 2020-05-13T10:29:21Z | |
| dc.date.issued | 2020 | |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-202005091239 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/11553 | |
| dc.language.iso | ger | ger |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
| dc.subject | nanoimprint | ger |
| dc.subject | Nanostrukturierung | ger |
| dc.subject | Nanotechnologie | ger |
| dc.subject | Funktionalisierung | ger |
| dc.subject | 3D Strukturierung | ger |
| dc.subject | Nanoimprintlithographie | ger |
| dc.subject | 3D Strukturen | ger |
| dc.subject | Abformung | ger |
| dc.subject | nanotechnology | eng |
| dc.subject | dry-etching | eng |
| dc.subject | 3d structures | eng |
| dc.subject | Trockenätzen | ger |
| dc.subject.ddc | 620 | |
| dc.title | Gast-Partikel in mikroskaligen, dreidimensionalen Wirts-Partikeln: Herstellung durch Nanoimprintlithographie und ihre Charakterisierung | ger |
| dc.type | Dissertation | |
| dcterms.abstract | Die Verwendung von Partikeln spielt in vielen alltäglichen Bereichen eine essenzielle Rolle und ist daher im Laufe dieses Jahrhunderts immer mehr in den Fokus der Forschung gerückt. Aktuelle Forschungsarbeiten belegen, dass die Größe und Form der Partikel Einfluss auf verschiedene Anwendungen haben. Ein Beispiel ist die Verwendung als Medikamententräger. Forschungen zeigen, dass ellipsoide Partikel langsamer als sphärische Partikel von Makrophagen internalisiert werden und den Transport von Medikamenten innerhalb des Körpers verbessern. Durch ellipsoide Partikel ist daher eine zeitlich verzögerte Freigabe von Medikamenten am Zielort realisierbar. Auch Anwendungen wie Biomarker und Transport von Biomolekülen sind forschungsrelevant und benötigen spezifisch geformte Partikel. Aber um das volle Potential der spezifisch geformten Partikel ausschöpfen zu können, ist die Herstellung von Partikeln mit funktionellen Eigenschaften der nächste Schritt. Sogenannte funktionelle Partikel besitzen charakteristische Eigenschaften wie beispielsweise Fluoreszenz oder Magnetismus, die verwendet werden können, um Partikel zur Biomarkierung zu benutzen oder um Partikel durch ein Magnetfeld zu transportieren. In der Regel erhalten die Partikel ihre Funktionalität durch das Polymer selbst, aus dem sie bestehen. Im Idealfall sollen aber die Partikel verschiedene Aufgaben gleichzeitig erfüllen, was mehr als eine funktionelle Eigenschaft voraussetzt. Die Herstellung von Polymerpartikeln mit mehreren funktionellen Eigenschaften und einer spezifischen Form ist herausfordernd, da in der Regel zwei oder mehr Materialien verwendet werden müssen. Eine potenzielle Herstellungsmethode für diese Partikel, ist die Lithographie. Diese top-down Herstellungsmethode besitzt den Vorteil, dass diese im Gegensatz zu bottom-up Methoden eine uniforme Partikelgröße realisieren kann. Das Problem ist aber, dass die Herstellung von Partikeln mit einer Reihe von Apparaturen verbunden ist, die eine hohe Investitionshürde darstellen. Dies gilt vor allem für die Herstellung von multifunktionalen 3D-Partikeln. Aus diesem Grund sind auf dem Gebiet der multifunktionalen Partikel relativ wenige Arbeiten vorhanden. Um diesen Sachverhalt zu lösen, beschäftigt sich diese Dissertation mit der Herstellung von 3D-Hybridstrukturen, welche durch die Inkorporation von Nanopartikeln funktionalisiert wurden. Diese Nanopartikel (Gast-Partikel) wurden in eine polymere Matrix (Wirt-Polymer) als Gast-Wirt-System integriert. Mit Hilfe eines optimierten reversal Nanoimprintlithographie-Verfahrens wurden spezifisch geformte Gast-Wirt-Partikel hergestellt. Die für die Inkorporation relevanten Parameter wurden zuerst an einem System aus Europium(III)oxid Gast-Partikel und dem Wirt-Polymer AMONIL identifiziert und ihr Einfluss auf die Verteilung und Restschichtdicke beurteilt. Durch die Optimierung des Herstellungsverfahrens gelang es die Restschichtentfernung durch einen kostspieligen Trockenätzprozess zu vermeiden. Diese verringerte Komplexität des Prozesses ermöglicht eine kosteneffizientere und einfach zu adaptierende Herstellung von funktionellen Gast-Wirt-Partikeln. Durch spektroskopische Untersuchungen im sichtbaren- und UV-Bereich wurden die fluoreszierenden Eigenschaften von Eu2O3-Gast-Partikeln innerhalb des Wirt-Polymers AMONIL nachgewiesen. Die paramagnetischen Eigenschaften wurden durch Vibrationsmagnetometrie untersucht. Unter Anpassung der relevanten Herstellungsparameter (Schleudergeschwindigkeit, Füllzeit und Konzentration an Gast-Partikeln) sind Fe3O4-Gast-Partikel in polymere Dreiecksformen hergestellt und deren Transporteigenschaften mit gezielt strukturierten Domänen untersucht worden. Zuletzt wurde ein Europium-Komplex in zwiebelförmige 3D Nanoimprintpartikel inkorporiert und fluoreszierende Eigenschaften nachgewiesen. Das in dieser Dissertation entwickelte Herstellungsverfahren basiert auf dem reversal NIL-Verfahrens und erfüllt die Kriterien für einen simplen, kosteneffizienten und materialtechnisch flexiblen Prozess zur Herstellung von funktionellen Partikeln mit spezifischer Form. Basierend auf dieser Arbeit ist es möglich, eine breite Forschung auf dem Gebiet der spezifisch geformten, multifunktionalen Partikel zu beginnen. | ger |
| dcterms.abstract | The use of particles plays an essential role in many areas of everyday life and has therefore increasingly become the focus of research over the course of this century. Recent studies have shown that the size and the shape of the particles have an influence on various applications. One example is the use as a drug carrier. Research shows, that ellipsoidal particles are internalized slower than spherical particles by macrophages and improve transport within the body. Therefore, ellipsoidal particles allow the delayed release of drugs at the target site. Applications such as biomarkers and transport of biomolecules are also relevant for research and require specific shaped particles. But in order to exploit the full potential of the specifically shaped particles, the fabrication of particles with functional properties is the next step. So-called functional particles have characteristic properties such as fluorescence or magnetism that can be used to use particles for biomarking or to transport particles through a magnetic field. In general, the particles get their functionality from the polymer itself they are made of. Ideally, however, the particles should perform different tasks simultaneously, which requires more than one functional property. The fabrication of polymer particles with several functional properties and a specific shape is challenging as two or more materials usually have to be used. One potential fabrication is lithography. This top-down fabrication method has the advantage that it can realize a uniform particle size in contrast to bottom-up methods. However, the problem is that the fabrication of particles is associated with a number of apparatuses which represent a high investment hurdle. This is especially true for the fabrication of multifunctional 3D particles. For this reason, there is relatively little work available in the field of multifunctional particles. To solve this problem, this dissertation deals with the fabrication of 3D hybrid structures functionalized by the incorporation of nanoparticles. These nanoparticles (guest-particles) were implemented in a polymeric matrix (host-polymer) in a host-guest manner by using an optimized reversal nanoimprint lithography process. Using an optimized reverse nanoimprint lithography process, specifically shaped guest-host particles were produced. The relevant fabrication parameters for a successful incorporation of guest-particles have been identified using a system of Europium(III)oxide guest-particles and host-polymer AMONIL. The parameters´ impact on the residual layer and distribution of guest-particles have been characterized and documented. Through optimization of the fabrication parameters a thin residual layer has been obtained, avoiding a removal of the residual layer by costly reactive ion etching. Thus, the optimized fabrication method is more cost-efficient and more adaptable for the fabrication of functional guest-host-particles with defined shape and size, compared to traditional nanoimprint lithography. The fluorescent properties of Eu2O3-guest-particles were measured within the host-polymer AMONIL, utilizing spectroscopy in the visible and UV sprectral range. Additionally, the paramagnetic properties were proven by employing vibrating sample magnetometry. By optimization the relevant fabrication parameters (spincoating speed, filling time and concentration of guest-particles) Fe3O4-guest-host particles were fabricated in polymer triangular shapes and their transport properties were investigated with specifically structured domains. Finally, an Europium complex was incorporated into onion-shaped 3D particles and their fluorescent properties were verified. The fabrication process developed in this dissertation is based on the reverse nanoimprintlihtography and meets the requirements for a simple, cost-efficient and technically flexible process capable for the fabrication of functional particles with a specific shape. Based on this work it is possible to start a broad research in the field of specifically shaped, multifunctional particles. | eng |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.alternative | Guest-particles in microscale three-dimensional host-particles: Fabrication by nanoimprint lithography and its characterization | eng |
| dcterms.creator | Ha, Uh-Myong | |
| dcterms.dateAccepted | 2020 | |
| dcterms.extent | xiv, 204 Seiten | |
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Elektrotechnik / Informatik | |
| dc.contributor.referee | Hillmer, Hartmut (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Lehmann, Peter (Prof. Dr.) | |
| dc.relation.projectid | Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390307847 | ger |
| dc.subject.swd | Nanoprägen | ger |
| dc.subject.swd | Nanotechnologie | ger |
| dc.subject.swd | Nanopartikel | ger |
| dc.subject.swd | 3D-Druck | ger |
| dc.subject.swd | Nanolithografie | ger |
| dc.subject.swd | Trockenätzen | ger |
| dc.type.version | publishedVersion | |
| kup.iskup | false |
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