Skip to main content
SpringerLink
Log in
Book cover

Ellipsometry of Functional Organic Surfaces and Films pp 79–105Cite as

Polymer Brushes, Hydrogels, Polyelectrolyte Multilayers: Stimuli-Responsivity and Control of Protein Adsorption

  • Chapter

Part of the book series: Springer Series in Surface Sciences ((SSSUR,volume 52))

Abstract

The research field of smart polymer surfaces benefits from non-invasive ellipsometric investigations, especially in-situ measurements, monitoring the swelling of polymer films and protein adsorption processes thereon at varying ambient conditions. With ellipsometry in the VIS-range layer thickness and refractive index of the polymer layers can be evaluated. Appropriate models for in-situ measurements will be discussed and results of the influence of solution parameters summarized. In-situ IR-ellipsometry provides information about changes in the vibration band structure for swelling and adsorption processes, where optical modeling in the IR-range yields complementary information about layer thicknesses and structural properties.

This is a preview of subscription content, log in via an institution.

Chapter
USD   29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD   109.00
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD   149.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Learn about institutional subscriptions

References

  1. T.P. Russel, Science 297, 964 (2002)

    ADS  Google Scholar 

  2. I. Luzinov, S. Minko, V. Tsukruk, Prog. Polym. Sci. 29, 635 (2004)

    Google Scholar 

  3. M.A. Cohen Stuart, W.T.S. Huck, J. Genzer, M. Müller, C. Ober, M. Stamm, G.B. Sukhorukov, I. Szleifer, V.V. Tsukruk, M. Urban, F. Winnik, S. Zauscher, I. Luzinov, S. Minko, Nat. Mater. 9, 101 (2010)

    ADS  Google Scholar 

  4. S. Minko, J. Macromol. Sci., Polym. Rev. 46, 379 (2006)

    Google Scholar 

  5. W.J. Brittain, S. Minko, J. Polym. Sci., Part A, Gen. Pap. 45, 3505 (2007)

    Google Scholar 

  6. R. Toomey, M. Tirrell, Annu. Rev. Phys. Chem. 59, 493 (2008)

    ADS  Google Scholar 

  7. N. Ayres, Polym. Chem. 1, 769 (2010)

    Google Scholar 

  8. I. Tokarev, S. Minko, Soft Matter 5, 511 (2009)

    ADS  Google Scholar 

  9. Y. Lvov, Protein Architecture—Interfacing Molecular Assemblies and Immobilization Biotechnology (Dekker, New York, 2001). Chap. 6—Electrostatic layer-by-layer assembly of proteins and polyions, pp. 125–167

    Google Scholar 

  10. T. Boudou, T. Crouzier, K. Ren, G. Blin, C. Picart, Adv. Mater. 22, 441 (2010)

    Google Scholar 

  11. P. Schaaf, J.C. Voegel, L. Jierry, F. Boulmedais, Adv. Mater. 24, 1001 (2012)

    Google Scholar 

  12. E.P.K. Currie, W. Norde, M.A. Cohen Stuart, Adv. Colloid Interface Sci. 100, 205 (2003)

    Google Scholar 

  13. M. Motornov, R. Sheparovych, E. Katz, S. Minko, ACS Nano 2, 41 (2008)

    Google Scholar 

  14. A.M. Granville, W.J. Brittain, Macromol. Rapid Commun. 25, 1298 (2004)

    Google Scholar 

  15. Y.S. Park, Y. Ito, Y. Imanishi, Chem. Mater. 9, 2755 (1997)

    Google Scholar 

  16. P. Uhlmann, N. Houbenov, N. Brenner, K. Grundke, S. Burkert, M. Stamm, Langmuir 23, 57 (2007)

    Google Scholar 

  17. B. Zdyrko, V. Klep, X. Li, Q. Kang, S. Minko, X. Wen, I. Luzinov, Mater. Sci. Eng. C, Mater. Biol. Appl. 29, 680 (2009)

    Google Scholar 

  18. M.D. Miller, G.L. Baker, M.L. Bruening, J. Chromatogr. A 1044, 323 (2004)

    Google Scholar 

  19. A. Feldmann, U. Claußnitzer, M. Otto, J. Chromatogr. B 803, 149 (2004)

    Google Scholar 

  20. S. Gupta, M. Agrawal, P. Uhlmann, U. Oertel, M. Stamm, Macromolecules 41, 8152 (2008)

    ADS  Google Scholar 

  21. N. Singh, X. Cui, T. Boland, S.M. Husson, Biomaterials 28, 763–771 (2007)

    Google Scholar 

  22. M. Heuberger, T. Drobek, N.D. Spencer, Biophys. J. 88, 495–504 (2005)

    ADS  Google Scholar 

  23. W.T.E. Bosker, P.A. Iakovlev, W. Norde, M.A. Cohen Stuart, J. Colloid Interface Sci. 286, 496 (2005)

    Google Scholar 

  24. W.R. Gombotz, W. Guanghui, T.A. Horbett, A.S. Hoffman, J. Biomed. Mater. Res. 25, 1547 (1991)

    Google Scholar 

  25. K.N. Plunkett, X. Zhu, J.S. Moore, D.E. Leckband, Langmuir 22, 4259 (2006)

    Google Scholar 

  26. C. Xue, N. Yonet-Tanyeri, N. Brouette, M. Sferrazza, P.V. Braun, D.E. Leckband, Langmuir 27, 8810 (2011)

    Google Scholar 

  27. E. Bittrich, S. Burkert, M. Müller, K.J. Eichhorn, M. Stamm, P. Uhlmann, Langmuir 28, 3439 (2012)

    Google Scholar 

  28. E.P.K. Currie, A.B. Sieval, G.J. Fleer, M.A. Cohen Stuart, Langmuir 16, 8324 (2000)

    Google Scholar 

  29. Y. Mikhaylova, L. Ionov, J. Rappich, M. Gensch, N. Esser, S. Minko, K.J. Eichhorn, M. Stamm, K. Hinrichs, Anal. Chem. 79, 7676 (2007)

    Google Scholar 

  30. N.A. Peppas, J. Bioact. Compat. Polym. 6, 241 (1991)

    Google Scholar 

  31. N.A. Peppas, P. Bures, W. Leobandung, H. Ichikawa, Eur. J. Pharm. Biopharm. 50, 27 (2000)

    Google Scholar 

  32. S.V. Vlierberghe, P. Dubruel, E. Schacht, Biomacromolecules 12, 1387 (2011)

    Google Scholar 

  33. O. Wichterle, D. Lim, Nature 185, 117 (1960)

    ADS  Google Scholar 

  34. N.A. Peppas, A.R. Khare, Adv. Drug Deliv. Rev. 11, 1 (1993)

    Google Scholar 

  35. N.A. Peppas, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2, 531 (1997)

    Google Scholar 

  36. K. Glinel, C. Déjugnat, M. Prevot, B. Schöler, M. Schönhoff, R. v. Klitzing, Colloids Surf. A, Physicochem. Eng. Asp. 303, 3 (2007)

    Google Scholar 

  37. A.A. Antipov, G.B. Sukhorukov, Adv. Colloid Interface Sci. 111, 49 (2004)

    Google Scholar 

  38. A. Schneider, C. Vodouhê, L. Richert, G. Francius, E.L. Guen, P. Schaaf, J.C. Voegel, B. Frisch, C. Picart, Biomacromolecules 8, 139 (2007)

    Google Scholar 

  39. C. Werner, K.J. Eichhorn, K. Grundke, F. Simon, W. Grählert, H.J. Jacobasch, Colloids Surf. A, Physicochem. Eng. Asp. 156, 3 (1999)

    Google Scholar 

  40. H. Arwin, Handbook of Ellipsometry (William Andrew/Springer, Berlin, 2005). Chap. “Ellipsometry in life sciences”, pp. 799–855

    Google Scholar 

  41. M.F. Mora, M.R. Nejadnik, J.L. Baylon-Cardiel, C.E. Giacomelli, C.D. Garcia, J. Colloid Interface Sci. 346, 208 (2010)

    Google Scholar 

  42. D. Aulich, O. Hoy, I. Luzinov, M. Brücher, R. Hergenröder, E. Bittrich, K.J. Eichhorn, P. Uhlmann, M. Stamm, N. Esser, K. Hinrichs, Langmuir 26, 12926 (2010)

    Google Scholar 

  43. K. Hinrichs, D. Aulich, L. Ionov, N. Esser, K.J. Eichhorn, M. Motornov, M. Stamm, S. Minko, Langmuir 25, 10987 (2009)

    Google Scholar 

  44. S. Reichelt, K.J. Eichhorn, D. Aulich, K. Hinrichs, N. Jain, D. Appelhans, B. Voit, Colloids Surf. B, Biointerfaces 69, 169 (2009)

    Google Scholar 

  45. T. Wu, P. Gong, I. Szleifer, P. Vlček, V. Šubr, J. Genzer, Macromolecules 40, 8756 (2007)

    ADS  Google Scholar 

  46. E.S. Kooji, X. Sui, M.A. Hempenius, H.J.W. Zandvliet, G.J. Vancso, J. Phys. Chem. 116, 9261 (2012)

    Google Scholar 

  47. M. Biesalski, D. Johannsmann, J. Rühe, J. Chem. Phys. 117, 4988 (2002)

    ADS  Google Scholar 

  48. D. Johannsmann, Functional Polymer Films (Wiley/VCH, New York, 2011). Chap. “Investigations of soft organic films with ellipsometry”, pp. 629–647

    Google Scholar 

  49. K.S. Iyer, I. Luzinov, Macromolecules 37, 9538 (2004)

    ADS  Google Scholar 

  50. D.E. Aspnes, Thin Solid Films 89, 249 (1982)

    ADS  Google Scholar 

  51. D.A.G. Bruggeman, Ann. Phys. 24, 636 (1935)

    Google Scholar 

  52. T. Okano, N. Yamada, M. Okuhara, H. Sakai, Y. Sakurai, Biomaterials 16, 297 (1995)

    Google Scholar 

  53. L.K. Ista, V.H. Pérez-Luna, G.P. López, Appl. Environ. Microbiol. 65, 1603 (1999)

    Google Scholar 

  54. P.S. Stayton, T. Shimoboji, C. Long, A. Chilkoti, G. Chen, J.M. Harris, A.S. Hoffman, Nature 378, 472 (1995)

    ADS  Google Scholar 

  55. Y.S. Park, Y. Ito, Y. Imanishi, Langmuir 14, 910 (1998)

    Google Scholar 

  56. H. Yim, M.S. Kent, S. Mendez, G.P. Lopez, S. Satija, Y. Seo, Macromolecules 39, 3420 (2006)

    ADS  Google Scholar 

  57. S. Balamurugan, S. Mendez, S.S. Balamurugan, M.J. O’Brien II., G.P. López, Langmuir 19, 2545 (2003)

    Google Scholar 

  58. A. Furchner, E. Bittrich, P. Uhlmann, K.J. Eichhorn, K. Hinrichs, Thin Solid Films 541, 41 (2013)

    ADS  Google Scholar 

  59. M. Ballauff, O. Borisov, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 11, 316–323 (2006)

    Google Scholar 

  60. P. Gong, T. Wu, J. Genzer, I. Szleifer, Macromolecules 40, 8765 (2007)

    ADS  Google Scholar 

  61. R. Zimmermann, W. Norde, M.A. Cohen Stuart, C. Werner, Langmuir 21, 5108 (2005)

    Google Scholar 

  62. N. Houbenov, S. Minko, M. Stamm, Macromolecules 36, 5897 (2003)

    ADS  Google Scholar 

  63. E. Bittrich, S. Burkert, K.J. Eichhorn, M. Stamm, P. Uhlmann, Control of Protein Adsorption and Cell Adhesion by Mixed Polymer Brushes Made by the “Grafting-to” Approach (Am. Chem. Soc., Washington, 2012). Chap. 8, pp. 179–193

    Google Scholar 

  64. L. Ionov, A. Sidorenko, K.J. Eichhorn, M. Stamm, S. Minko, K. Hinrichs, Langmuir 21, 8711 (2005)

    Google Scholar 

  65. E. Bittrich, M. Kuntzsch, K.J. Eichhorn, P. Uhlmann, J. Polym. Sci., Part B, Polym. Phys. 48, 1606 (2010)

    Google Scholar 

  66. O. Hoy, B. Zdyrko, R. Lupitskyy, R. Sheparovych, D. Aulich, J. Wang, E. Bittrich, K.J. Eichhorn, P. Uhlmann, K. Hinrichs, M. Muller, M. Stamm, S. Minko, I. Luzinov, Adv. Funct. Mater. 20, 2240 (2010)

    Google Scholar 

  67. D. Aulich, O. Hoy, I. Luzinov, K.J. Eichhorn, M. Stamm, M. Gensch, U. Schade, N. Esser, K. Hinrichs, Phys. Status Solidi C 7, 197 (2010)

    ADS  Google Scholar 

  68. S.G. Kelmanovich, R. Parke-Houben, C.W. Frank, Soft Matter 8, 8137 (2012)

    ADS  Google Scholar 

  69. S. Gramm, J. Teichmann, M. Nitschke, U. Gohs, K.J. Eichhorn, C. Werner, eXPRESS Polym. Lett. 5, 970 (2011)

    Google Scholar 

  70. M.J.N. Junk, I. Anac, B. Menges, U. Jonas, Langmuir 26, 12253 (2010)

    Google Scholar 

  71. R. Toomey, D. Freidank, J. Rühe, Macromolecules 37, 882 (2004)

    ADS  Google Scholar 

  72. D. Schmaljohann, M. Nitschke, R. Schulze, A. Eing, C. Werner, K.J. Eichhorn, Langmuir 21, 2317 (2005)

    Google Scholar 

  73. Z. Oezyuerek, K. Franke, M. Nitschke, R. Schulze, F. Simon, K.J. Eichhorn, T. Pompe, C. Werner, B. Voit, Biomaterials 30, 1026 (2009)

    Google Scholar 

  74. J. Hegewald, T. Schmidt, K.J. Eichhorn, K. Kretschmer, D. Kuckling, K.F. Arndt, Langmuir 22, 5152 (2006)

    Google Scholar 

  75. Y. Müller, I. Tot, A. Potthast, T. Rosenau, R. Zimmermann, K.J. Eichhorn, C. Nitschke, G. Scherr, U. Freudenberg, C. Werner, Soft Matter 6, 3680 (2010)

    ADS  Google Scholar 

  76. A. Richter, A. Janke, S. Zschoche, R. Zimmermann, F. Simon, K.J. Eichhorn, B. Voit, D. Appelhans, New J. Chem. 34, 2105 (2010)

    Google Scholar 

  77. S. Schwarz, K.J. Eichhorn, E. Wischeroff, A. Laschewsky, Colloids Surf. A, Physicochem. Eng. Asp. 159, 491 (1999)

    Google Scholar 

  78. A. Licea-Claverie, S. Schwarz, F. Simon, O. Urzua-Sanchez, J. Nagel, D. Pleul, K.J. Eichhorn, A. Janke, Colloid Polym. Sci. 283, 826 (2005)

    Google Scholar 

  79. L. Oedberg, S. Sandberg, S. Welin-Klintstroem, H. Arwin, Langmuir 11, 2621 (1995)

    Google Scholar 

  80. A.K. Bajpai, Prog. Polym. Sci. 22, 523 (1997)

    Google Scholar 

  81. N.L. Filippova, Langmuir 14, 1162 (1998)

    Google Scholar 

  82. N.L. Filippova, J. Colloid Interface Sci. 211, 336 (1999)

    Google Scholar 

  83. S.S. Shiratori, M.F. Rubner, Macromolecules 33, 4213 (2000)

    ADS  Google Scholar 

  84. S.L. Clark, M.F. Montague, P.T. Hammond, Macromolecules 30, 7237 (1997)

    ADS  Google Scholar 

  85. G. Ladam, P. Schaad, J.C. Voegel, P. Schaaf, G. Decher, F. Cuisinier, Langmuir 16, 1249 (2000)

    Google Scholar 

  86. D. Yoo, S.S. Shiratori, M.F. Rubner, Macromolecules 31, 4309 (1998)

    ADS  Google Scholar 

  87. J.J. Harris, M.L. Bruening, Langmuir 16, 2006 (2000)

    Google Scholar 

  88. S. Köstler, V. Ribitsch, K. Stana-Kleinschek, G. Jakopic, S. Strnad, Colloids Surf. A, Physicochem. Eng. Asp. 270–271, 107 (2005)

    Google Scholar 

  89. S. Edmondson, C.D. Vo, S.P. Armes, G.F. Unali, M.P. Weir, Langmuir 24, 7208 (2008)

    Google Scholar 

  90. A. Laschewsky, B. Mayer, E. Wischerhoff, X. Arys, A. Jonas, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 100, 1033 (1996)

    Google Scholar 

  91. S. Dragan, S. Schwarz, K.J. Eichhorn, K. Lunkwitz, Colloids Surf. A, Physicochem. Eng. Asp. 195, 243 (2001)

    Google Scholar 

  92. D. Beyerlein, T. Kratzmüller, K.J. Eichhorn, Vib. Spectrosc. 29, 223 (2002)

    Google Scholar 

  93. E.S. Dragan, S. Schwarz, K.J. Eichhorn, Colloids Surf. A, Physicochem. Eng. Asp. 372, 210 (2010)

    Google Scholar 

  94. J.A. de Feijter, J. Benjamins, F.A. Veer, Biopolymers 17, 1759 (1978)

    Google Scholar 

  95. J.C. Dijt, Kinetics of polymer adsorption, desorption and exchange. Ph.D. thesis, University Wageningen (1993)

    Google Scholar 

  96. M. Malmsten, J. Colloid Interface Sci. 168, 247 (1994)

    Google Scholar 

  97. J. Benesch, A. Askendal, P. Tengvall, Colloids Surf. B, Biointerfaces 18, 71 (2000)

    Google Scholar 

  98. H. Arwin, Appl. Spectrosc. 40, 313 (1986)

    ADS  Google Scholar 

  99. E. Bittrich, K.B. Rodenhausen, K.J. Eichhorn, T. Hofmann, M. Schubert, M. Stamm, P. Uhlmann, Biointerphases 5, 159 (2010)

    Google Scholar 

  100. E. Bittrich, Design of new responsive materials based on functional polymer brushes. Ph.D. thesis, Technische Universität Dresden (2010)

    Google Scholar 

  101. E.P.K. Currie, J.V. der Gucht, O.V. Borisov, M.A. Cohen Stuart, Pure Appl. Chem. 71, 1227 (1999)

    Google Scholar 

  102. W.M. de Vos, P.M. Biesheuvel, A. de Keizer, J.M. Kleijn, M.A.C. Stuart, Langmuir 24, 6575 (2008)

    Google Scholar 

  103. C.G.P.H. Schroën, M.A. Cohen Stuart, K. van der Voort Maarschalk, A. van der Padt, K. van’t Riet, Langmuir 11, 3068 (1995)

    Google Scholar 

  104. S. Burkert, E. Bittrich, M. Kuntzsch, M. Müller, K.J. Eichhorn, C. Bellmann, P. Uhlmann, M. Stamm, Langmuir 26, 1786 (2010)

    Google Scholar 

  105. A. Wittemann, B. Haupt, M. Ballauff, Prog. Colloid & Polym. Sci. 133, 58 (2006)

    Google Scholar 

  106. W.M. de Vos, F.A.M. Leermakers, A. de Keizer, M.A. Cohen Stuart, J.M. Kleijn, Langmuir 26, 249 (2010)

    Google Scholar 

  107. K. Henzler, B. Haupt, K. Lauterbach, A. Wittemann, O. Borisov, M. Ballauff, J. Am. Chem. Soc. 132, 3159 (2010)

    Google Scholar 

  108. S. Rosenfeldt, A. Wittemann, M. Ballauff, E. Breininger, J. Bolze, M. Dingenouts, Phys. Rev. E 70, 061403 (2004)

    ADS  Google Scholar 

  109. K. Hinrichs, E. Bittrich, D. Aulich, A. Furchner, S. Minko, I. Luzinov, M. Stamm, P. Uhlmann, K.J. Eichhorn, Polym. Mater. Sci. Eng. 107, 655 (2012)

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Abteilung Analytik, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., Hohe Str. 6, 01069, Dresden, Germany

    Eva Bittrich & Klaus-Jochen Eichhorn

  2. Abteilung Nanostrukturierte Materialien, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., Hohe Str. 6, 01069, Dresden, Germany

    Petra Uhlmann

  3. Forschungsbereich Material- und Grenzflächenanalytik, Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften – ISAS – e.V., Albert-Einstein-Str. 9, 12489, Berlin, Germany

    Karsten Hinrichs, Dennis Aulich & Andreas Furchner

Authors
  1. Eva Bittrich
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Petra Uhlmann
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Klaus-Jochen Eichhorn
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. Karsten Hinrichs
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  5. Dennis Aulich
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  6. Andreas Furchner
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Eva Bittrich .

Editor information

Editors and Affiliations

  1. Leibniz Institute for Analytical Sciences - ISAS - e. V., Berlin, Germany

    Karsten Hinrichs

  2. Leibniz Institute of Polymer Research Analytics, Dresden, Germany

    Klaus-Jochen Eichhorn

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2014 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

About this chapter

Cite this chapter

Bittrich, E., Uhlmann, P., Eichhorn, KJ., Hinrichs, K., Aulich, D., Furchner, A. (2014). Polymer Brushes, Hydrogels, Polyelectrolyte Multilayers: Stimuli-Responsivity and Control of Protein Adsorption. In: Hinrichs, K., Eichhorn, KJ. (eds) Ellipsometry of Functional Organic Surfaces and Films. Springer Series in Surface Sciences, vol 52. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-40128-2_5

Download citation

Publish with us

Policies and ethics

Search

Navigation