Title: Construction of a 3-Mirror Interferometer Surface Forces Apparatus and its Application for Measuring Biophysical Interactions
Language: English
Authors: Wieser, Valentina 
Qualification level: Diploma
Advisor: Valtiner, Markus 
Assisting Advisor: Schütz, Gerhard 
Issue Date: 2021
Number of Pages: 50
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Intermolekulare Wechselwirkungen zwischen Obeflächen von Zellmembranen spielen eine wichtige Rolle bei physiologischen Prozessen wie Ionentransport bei Signalübertragungen, Kommunikation zwischen Zellen und Protein Wechselwirkun- gen. Um die Vorgänge bei solchen Prozessen zu untersuchen, verwenden wir synthetische Lipidmembran Modellsysteme. In dieser Diplomarbeit behandeln wir die Anwendung eines 3-Spiegel Interferometer Surface Forces Apparatus mit einer symmetrischen Oberflächenmodifikation bestehend aus angebundenen Lipidmembranen zur Messung von biophysikalischen Wechselwirkungen. Wir nutzen das Membran Modellsystem zur Untersuchung von Hemifusion von stabilen Bilayern mit unterschiedlicher Fluidität um Zellfusion nachzuahmen. Weiters führen wir electrochemische Modulation von Bilayern durch, um den Einfluss von elektrischen Feldern auf Membranen und Ionenfluss Mechanismen zu messen. Die Anwendung dieses Membransystems für die Messung von biophysikalischen Wechselwirkungen unter physiologischen Bedingungen weitern wir auf die Messung von Proteinwechelwirkungen zwischen den Protein Komplexen Major Histocompatibility Complex class II (MHC(II)) und Cluster of Differentiation 4 (CD4) aus. Dabei handelt es sich um Proteine die eine wichtige Rolle in immunologischen Reaktionen von T-Zellen übernehmen. Mit dieser Technik sind wir in der Lage biophysikalische Prozesse unter definierten, physiologischen Bedingungen zu messen.

Interactions across interfaces of cell membranes mediate a number of physiological processes like ion transport for signalling, cell-to-cell communication and protein interactions. To study the interaction mechanisms of such processes we use synthetic model lipid bilayer systems. In this thesis we discuss the application of a 3-mirror interferometer Surface Forces Apparatus with symmetric and asymmetric surface functionalization with tethered bilayer lipid membranes to measure biophysical interactions. We utilize this technique to study hemifusion of stable bilayers with different membrane fluidity mimicking cell fusion processes. Furthermore we electrochemically modulate the system to investigate the influence of electric fields on bilayer interaction and ion transport mechanisms across and between bilayers. The application of this system for measurement of interactions under physiological-like conditions is further expanded to study the interaction between Major Histocompatibility Complex class II (MHC(II)) and Cluster of Differentiation 4 (CD4), which are proteins mediating immunological response of T-cells. With the presented measuring technique we are able to probe biophysical interactions under well controlled and physiological-like conditions.
Keywords: Surface physics; biophysics; bilayers; electrophysiology
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2021.90982
http://hdl.handle.net/20.500.12708/17557
DOI: 10.34726/hss.2021.90982
Library ID: AC16214761
Organisation: E134 - Institut für Angewandte Physik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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