Surface Modification and Functionalization of Colloidal Nanoparticles

Den Schwerpunkt dieser Dissertation stellt die Synthese multifunktionaler Nanopartikel, sowie deren Oberflächen-Modifikation und –Funktionalisierung für biologische Anwendungen dar. Kolloidale Nanopartikel haben gemeinsame, größenabhängige physikalische und chemische Eigenschaften inne, die in einer Weise kontrollierbar sind, wie es für makroskopische Festkörper nicht möglich ist. Multimodale, molekulare Bildgebung ist die synergetische Kombination aus zwei oder mehr Detektionstechniken, ermöglicht durch multimodale Objekte und Bildgebungsverfahren und gewährleistet eine verbesserte Visualisierung biologischer Materialien. Einige Prototypen, die auf multimodalen Nanopartikeln basieren, sind entwickelt worden. Kolloidale Nanopartikel,aufgebaut aus einem anorganischen Kern und einer Polymerhülle wurden synthetisiert. Sowohl der Kern als auch die Polymerhülle können je nach Zweckmäßigkeit für die Bildgebung/Detektion fluoreszent, magnetisch oder radioaktiv sein. Das Polymer enthält Carboxygruppen, die die Partikel durch elektrostatische Repulsion stabilisieren und darüber hinaus als Bindungsstellen für weitere chemische Funktionalisierungen zur Verfügung stehen. Hydrophobe Nanopartikel (CdSe/ZnS, Fe2O3 oder Gold-198) wurden anhand unterschiedlich modifizierter Polymere (mit Gadolinium, organischen Fluorophoren oder Indium-111) in eine wässrige Phase überführt. Zur Untersuchung nanopartikel-basierter Sensoren wurde eine FRET-Struktur eingeführt, in der ein organischer Farbstoff (ATTO-590) als Akzeptor direkt in die Polymerhülle eingebettet wurde, die die kolloidale Stabilität der als Donor fungierenden CdSe/ZnS Quantenpunkte generierte. Zur Detektion von Protonen wurden sowohl negativ als auch positiv geladene Goldnanopartikel mit einem ionensensitiven Farbstoff (SNARF) modifiziert. Es wurde außerdem demonstriert, dass das Sensor-Signal nicht durch die reale Konzentration, sondern die lokale Konzentration, in der „nano“-Umgebung der Partikeloberfläche generiert wird. Darüber hinaus wurde in einer kollaborativen Arbeit demonstriert, dass Nanopartikel-Kerne kombiniert mit Polymerhüllen für die Induktion von Zellschädigungen verantwortlich sind, nicht jedoch die Hüllen allein. Es wurde festgestellt, dass das Aufnahmeverhalten und die zellulär unfreundlichen Effekte von der Dauer der Aussetzung, vom Zelltyp und der Zellkultur abhängen. Außerdem wurden Goldnanopartikel mit und ohne PEG-Modifizierung in der „rainbow trout gill“ Zelllinie RTGill-W untersucht, wobei Goldnanopartikel mit PEG-Modifizierung eine geringere Toxizität auf die Alge als nicht PEG-modifizierte Partikel zeigten

Comparative Expression Studies of Fiber Related Genes in Cotton Spp.

Cotton fibers are the seed trichomes that are developed around the seed and are used to make clothes and yarn for the textile industry. Expression profiling of cotton fiber genes is very important to estimate the differential gene expression level at different fiber developmental stages. Expression analysis of fiber developing genes are very important to enhance the fiber length of cotton. The expression profiling of three gene families in five stages (0, 5, 10, 15 and 20 DPA) of cotton fiber tissues was carried out through real-time PCR. Expression analysis revealed that transcripts of GA-20 Oxidase, XTH, and PEPc were elevated from 5 to 20 days post-anthesis (DPA) fibers. Total RNA was extracted from various stages of cotton fiber development and was reverse transcribed to cDNA for PCR amplification. For data normalization, 18s rRNA was used as an internal control. The objective of this study was to explore the expression level of fiber developing genes at specific stages of fiber development. The results showed that most of the genes were expressed during the elongation phase in between 5 DPA to 15 DPA. Results obtained from this study may be helpful for the further identification of fiber genes and the improvement of fiber characteristics in cotton. PEPc and XTH genes that are expressed with a high rate during the fiber development may be used in breeding programmes for the improvement of fiber quality and quantity

Comparative Expression Studies of Fiber Related Genes in Cotton Spp.

Cotton fibers are the seed trichomes that are developed around the seed and are used to make clothes and yarn for the textile industry. Expression profiling of cotton fiber genes is very important to estimate the differential gene expression level at different fiber developmental stages. Expression analysis of fiber developing genes are very important to enhance the fiber length of cotton. The expression profiling of three gene families in five stages (0, 5, 10, 15 and 20 DPA) of cotton fiber tissues was carried out through real-time PCR. Expression analysis revealed that transcripts of GA-20 Oxidase, XTH, and PEPc were elevated from 5 to 20 days post-anthesis (DPA) fibers. Total RNA was extracted from various stages of cotton fiber development and was reverse transcribed to cDNA for PCR amplification. For data normalization, 18s rRNA was used as an internal control. The objective of this study was to explore the expression level of fiber developing genes at specific stages of fiber development. The results showed that most of the genes were expressed during the elongation phase in between 5 DPA to 15 DPA. Results obtained from this study may be helpful for the further identification of fiber genes and the improvement of fiber characteristics in cotton. PEPc and XTH genes that are expressed with a high rate during the fiber development may be used in breeding programmes for the improvement of fiber quality and quantity

Quantification of gold nanoparticle cell uptake under controlled biological conditions and adequate resolution

Aim: We examined cellular uptake mechanisms of fluorescently labeled polymer-coated gold nanoparticles (NPs) under different biological conditions by two quantitative, microscopic approaches. Materials & methods: Uptake mechanisms were evaluated using endocytotic inhibitors that were tested for specificity and cytotoxicity. Cellular uptake of gold NPs was analyzed either by laser scanning microscopy or transmission electron microscopy, and quantified by means of stereology using cells from the same experiment. Results: Optimal inhibitor conditions were only achieved with chlorpromazine (clathrin-mediated endocytosis) and methyl-β-cyclodextrin (caveolin-mediated endocytosis). A significant methyl-β-cyclodextrin-mediated inhibition (63–69%) and chlorpromazine-mediated increase (43–98%) of intracellular NPs was demonstrated with both imaging techniques, suggesting a predominant uptake via caveolin-medicated endocytois. Transmission electron microscopy imaging revealed more than 95% of NPs localized in intracellular vesicles and approximately 150-times more NP events/cell were detected than by laser scanning microscopy. Conclusion: We emphasize the importance of studying NP–cell interactions under controlled experimental conditions and at adequate microscopic resolution in combination with stereology

Analysis of perturbation factors and fractional order derivatives for the novel singular model using the fractional Meyer wavelet neural networks

In this study, an analysis of the perturbation factors and fractional order derivatives is performed for the novel singular model. The design of the perturbed fractional order singular model is presented by using the traditional form of the Lane-Emden along with the detail of singular points, fractional order, shape, and perturbed factors. The analysis of the perturbation factors and fractional order terms for the singular model is provided in two steps by taking three different values of the perturbed term as well as fractional order derivatives. The numerical analysis of the perturbation and fractional order terms for the novel fractional Meyer wavelet neural network (FMWNN) along with the global and local search effectiveness of the genetic algorithm (GA) and active-set algorithm (ASA) called as FMWNN-GAASA. The modeling of the FMWNN is presented in terms of mean square error, while the optimization is performed through the GAASA. The authentication, validation, excellence, and correctness of the singular model are observed by using the comparative performances of the obtained and the reference solutions. The stability of the proposed stochastic scheme is observed through the statistical performances for taking large datasets to present the analysis of the perturbation and fractional order terms

Surface Modification and Functionalization of Colloidal Nanoparticles

Den Schwerpunkt dieser Dissertation stellt die Synthese multifunktionaler Nanopartikel, sowie deren Oberflächen-Modifikation und –Funktionalisierung für biologische Anwendungen dar. Kolloidale Nanopartikel haben gemeinsame, größenabhängige physikalische und chemische Eigenschaften inne, die in einer Weise kontrollierbar sind, wie es für makroskopische Festkörper nicht möglich ist. Multimodale, molekulare Bildgebung ist die synergetische Kombination aus zwei oder mehr Detektionstechniken, ermöglicht durch multimodale Objekte und Bildgebungsverfahren und gewährleistet eine verbesserte Visualisierung biologischer Materialien. Einige Prototypen, die auf multimodalen Nanopartikeln basieren, sind entwickelt worden. Kolloidale Nanopartikel,aufgebaut aus einem anorganischen Kern und einer Polymerhülle wurden synthetisiert. Sowohl der Kern als auch die Polymerhülle können je nach Zweckmäßigkeit für die Bildgebung/Detektion fluoreszent, magnetisch oder radioaktiv sein. Das Polymer enthält Carboxygruppen, die die Partikel durch elektrostatische Repulsion stabilisieren und darüber hinaus als Bindungsstellen für weitere chemische Funktionalisierungen zur Verfügung stehen. Hydrophobe Nanopartikel (CdSe/ZnS, Fe2O3 oder Gold-198) wurden anhand unterschiedlich modifizierter Polymere (mit Gadolinium, organischen Fluorophoren oder Indium-111) in eine wässrige Phase überführt. Zur Untersuchung nanopartikel-basierter Sensoren wurde eine FRET-Struktur eingeführt, in der ein organischer Farbstoff (ATTO-590) als Akzeptor direkt in die Polymerhülle eingebettet wurde, die die kolloidale Stabilität der als Donor fungierenden CdSe/ZnS Quantenpunkte generierte. Zur Detektion von Protonen wurden sowohl negativ als auch positiv geladene Goldnanopartikel mit einem ionensensitiven Farbstoff (SNARF) modifiziert. Es wurde außerdem demonstriert, dass das Sensor-Signal nicht durch die reale Konzentration, sondern die lokale Konzentration, in der „nano“-Umgebung der Partikeloberfläche generiert wird. Darüber hinaus wurde in einer kollaborativen Arbeit demonstriert, dass Nanopartikel-Kerne kombiniert mit Polymerhüllen für die Induktion von Zellschädigungen verantwortlich sind, nicht jedoch die Hüllen allein. Es wurde festgestellt, dass das Aufnahmeverhalten und die zellulär unfreundlichen Effekte von der Dauer der Aussetzung, vom Zelltyp und der Zellkultur abhängen. Außerdem wurden Goldnanopartikel mit und ohne PEG-Modifizierung in der „rainbow trout gill“ Zelllinie RTGill-W untersucht, wobei Goldnanopartikel mit PEG-Modifizierung eine geringere Toxizität auf die Alge als nicht PEG-modifizierte Partikel zeigten