Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "De relatie tussen de nanostructuur en functionele eigenschappen van pectine in plant gebaseerde levensmiddelensystemen" "Ann Van Loey" "Afdeling: Centrum voor Levensmiddelen- en Microbiële Technologie" "Dit project beoogt de invloed van de nanostructurele eigenschappen van pectine op de interactie met andere componenten in levensmiddelen (i.h.b. metaalionen en eiwitten) te bestuderen, alsook het belang van deze interacties voor pectinefunctionaliteit en nutritionele kwaliteit van het levensmiddel. Op basis van de resultaten van dit project zal via doelgerichte procesvoering chemische en/of enzymatische pectineconversies in situ kunnen gestuurd worden in plantgebaseerde levensmiddelen." "De relatie tussen de nanostructuur en functionele eigenschappen van pectine op basis van interactie met metaalionen." "Marc Hendrickx" "Levensmiddelen- en Microbiële Technologie (CLMT)" "Pectine is een celwandpolysacharide dat voornamelijk geëxtraheerd wordt uit de afvalstromen van de citrus- en appelverwerkende industrie en vaak gebruikt wordt als additief in onder andere groenten- en fruitgebaseerde levensmiddelen. De voornaamste toepassing is als gelerend agens omwille van zijn capaciteit om tweewaardige kationen te binden, zoals Ca2+. Deze functionaliteit van pectine wordt grotendeels beïnvloed door zijn structurele eigenschappen, in het bijzonder door de graad van methylverestering (degree of methylesterification, DM) en graad van bloksgewijsheid (absolute degree of blockiness, DBabs). De relatie tussen deze structuureigenschappen van pectine en de Ca2+ binding of gelering werden reeds uitgebreid bestudeerd. Desalniettemin ontbreekt tot op heden een fundamenteel inzicht in de interactie tussen pectine en Ca2+. Bovendien is zeer weinig informatie beschikbaar over hoe de structuureigenschappen van pectine de binding met andere tweewaardige kationen beïnvloeden, zoals Fe2+ of Zn2+. Nochtans bestaat de hypothese dat de binding van dergelijke kationen aan pectine kan leiden tot andere specifieke functionaliteiten. Zo kan bijvoorbeeld de binding van essentiële divalente kationen (zoals Zn2+) aan pectine leiden tot een verlaagde biotoegankelijkheid tijdens de vertering, wat mogelijk resulteert in mineraal deficiënties. Pectine is immers een dieetvezel die niet wordt afgebroken tijdens de vertering in de dunne darm. Daarnaast wordt verondersteld dat de binding van Fe2+ aan pectine kan resulteren in een vertraging van de lipide oxidatie in emulsie-gebaseerde levensmiddelen en dus bijdraagt tot het antioxiderend vermogen van pectine. Op die manier zou pectine kunnen fungeren als natuurlijk antioxidant en zo het gebruik van artificiële antioxidanten zoals ethyleendiaminetetraazijnzuur (EDTA) mogelijk reduceren, wat interessanter geacht wordt voor de consument. Bijgevolg is het doel van dit doctoraat om fundamenteel inzicht te verwerven in het effect van de DM en DBabs van pectine op de interactie met Fe2+, Zn2+ of Ca2+ en de geassocieerde functionaliteiten, in het bijzonder het antioxiderend vermogen en de rol in de Zn2+ biotoegankelijkheid.Pectinestalen met vergelijkbare graad van methylverestering (DM) maar verschillende patronen (DBabs) werden aangemaakt via enzymatische (gebruik makend van wortel pectine methylesterase) of basische (met NaOH) demethylesterificatie startend van hoog-methylveresterd citruspectine. In eerste instantie werd de interactie van deze pectinestalen met Fe2+, Zn2+ of Ca2+ bestudeerd via evenwichts-adsorptie experimenten. Dit resulteerde in adsorptie-isothermen die werden gemodelleerd op basis van het Langmuir adsorptie-isotherm model ter kwantificatie van de maximale bindingscapaciteit en gerelateerde interactie-energie. De resultaten van deze studie toonden aan dat pectine met afnemende DM of toenemende DBabs meer Fe2+, Zn2+ of Ca2+ kon binden. De maximale bindingscapaciteit was bovendien voornamelijk beïnvloed door de DM, terwijl de interactie-energie eerder door de DBabs bepaald werd. De pectinestalen vertoonden de hoogste bindingscapaciteit en interactie-energie voor Zn2+, gevolgd door Ca2+ en Fe2+. Daarnaast werden ook de thermodynamische eigenschappen van de pectine-kation interacties, in het bijzonder de pectine-Zn2+ binding, bestudeerd door isotherme titratie calorimetrie (ITC). Deze resultaten vormden een aanvulling op deze van de evenwichts-adsorptie experimenten. ITC toonde immers aan dat de Zn2+ binding aan pectine een endotherme reactie is, waarbij een positieve entropieverandering de ongunstige endothermische enthalpieverandering domineerde. De pectine-Zn2+ interactie verloopt daarnaast via een twee-stap mechanisme met eerst monocomplexatie en de vorming van point-like cross-links, gevolgd door dimerizatie.Vervolgens werd bestudeerd in welke mate de DM en DBabs van pectine en de gerelateerde interactie met Zn2+ invloed hadden op de Zn2+ biotoegankelijkheid. Dit werd verwezenlijkt door het uitvoeren van een in vitro gesimuleerde vertering van pectineoplossingen die werden aangereikt met Zn2+. Een afnemende DM of toenemende DBabs resulteerde in een dalende Zn2+ biotoegankelijkheid, wat te wijten is aan een grotere bindingscapaciteit van pectine. Desalniettemin bleken kleinere hoeveelheden Zn2+ biotoegankelijk te zijn dan verwacht kon worden op basis van de eerder vastgestelde maximale Zn2+-bindingscapaciteit van pectine. Dit wijst op mogelijke binding van Zn2+ aan galzouten of enzymen die tijdens de in vitro gesimuleerde vertering werden toegevoegd. Daarnaast werd de mogelijk competitie tussen Ca2+ en Zn2+ voor binding aan pectine tijdens de digestie onderzocht en een lage concentratie Ca2+ (ongeveer 0.33 mM) had geen duidelijk effect op de Zn2+ biotoegankelijkheid.Met het oog op het gebruik van natuurlijke antioxidanten ter reductie van synthetische, werd tot slot het antioxiderend vermogen van de pectinestalen bestudeerd in lijnzaad/zonnebloem olie-in-water (o/w) emulsies (5% w/v), die werden aangereikt met Fe2+. Het peroxidegetal werd bepaald in functie van de bewaartijd. Laag DM pectine en een verhoogde pectine concentratie hadden een positief effect op het antioxiderend vermogen omwille van een verhoogde Fe2+ bindingscapaciteit. Het antioxiderend vermogen van pectine was echter lager dan dit van EDTA. Bovendien destabiliseerde pectine de o/w emulsie door flocculatie (bridging of depletion flocculation).  " "Studie van de vorming en nanostructuur van hydrogelen door middel van 'single molecule' spectroscopie." "Johan Hofkens" "Moleculaire Visualisatie en Fotonica" "Hoge laterale- en diepte-resolutie ionenstraalanalyse van lateraal begrensde nanostructuren" "Wilfried Vandervorst" Kwantum-vastestoffysica "Quantitative analysis of thin films and nanostructures is a cornerstone in the development of future nanoelectronic devices. Within standard Ion Beam Analysis,  a high energy ion beam impinges on the sample whereby the intensity of the scattered particles and their energy contains information about the elements, their concentration and their depth distribution. The evolution on novel detector systems (multidetectors , magnetic sector with strip detector), have provided new opportunities to characterize nano-electronic films. For complex (thin layer, 3D) systems, the reconstruction of a compositional depth profile from a single RBS spectrum is not unique but a solution can be found by combining spectra recorded under different geometries. In particular a multi-detector based system offers the opportunity to combine such a parametric variation within one experiment. Based on a proper understanding of the underlying physics (HR-RBS, ERD,) and the multidimensionality of the data set, one can resolve the uncertainties and parametrize the uncertainties with respect to the composition profile and build a framework (minimization process based on maximum entropy?) generating the most probable solution.As 3D nanostructures become the elemental building block of advanced electronic devices, the goal will also be to realize ion-scattering based 3-dimensional composition tomography of a confined nanostructure. The tomography data are derived from a series of RBS spectra only multiple devices that are recorded under varying geometry (primary beam as well as detector positions) exploiting the use of a multi-element detector set-up extensively.  For the reconstruction, a reconstruction approaches will be developed based on a generalized 3D-representation of the sample, the scattering geometry in the RBS and methodologies from other tomography fields as well as neural networks.  Experimentally, your results will be compared to results on the same nanostructures obtained with atom probe microscopy and TEM tomography. Within this work the dimensionality of the system will evolve from 1D-confined volumes down to arrays of 3D-nanostructures. The complementarity of a high resolution detector versus a multidetector for these applications will be explored in terms of accuracy, precision, beam damage, lateral and in depth resolving power." "Uitharding en nanostructurele ontwikkeling in mengsels van epoxyhars met blockcopolymeer" "Bart Goderis" "Polymeerchemie en -materialen" "Tijdens de laatste decennia groeide het besef in materiaalonderzoek dat de mechanische, elektrische, optische of andere eigenschappen van materialen kunnen worden verbeterd door het oordeelkundig inbrengen van geordende nanostructuren. Nanostructurering gebeurt het meest elegant door processen van zelfassemblage, zijnde de spontane associatie van moleculen, via niet-covalente bindingen.Wanneer amfifiele moleculen, zoals oppervlakte-actieve stoffen of blokcopolymeren, worden geïntroduceerd in een vloeibare matrix waarmee slechts één van de chemische delen compatibel is, wordt nanostructurering gemakkelijk gerealiseerd. Bij gebruik van vrij hoge concentraties kan de toenemende moleculaire stapeling leiden tot structuren van nanometer- tot micrometer- lengteschalen.Echter, voor structurele materialen moeten de structuren in een vaste toestand verkeren in plaats van in een vloeibare. Het is dan ook een uitdaging om tijdens materiaalverwerking de structuur van de vloeibare toestand over te brengen naar de vaste toestand via verglazing of kristallisatie. Vooral stolling via kristallisatie kan de structuurvorming beïnvloeden. In feite biedt dit proces extra opties om controle te krijgen over de morfologie en eigenschappen van de materialen.Naast doelbewust gesynthetiseerde organische moleculen, kunnen ook nanodeeltjes worden toegevoegd om nanostructurering te induceren. Wanneer dergelijke nanodeeltjes zich organiseren tot geordende patronen, kunnen eigenschappen worden gerealiseerd die enorm verschillen van ongeordende clusters of homogene dispersies. Theoretisch werk in de literatuur heeft bijvoorbeeld aangetoond dat bepaalde patronen in de locatie van versterkende nanodeeltjes zeer gunstig kunnen zijn voor de materiaaltaaiheid. Voor een toename van de taaiheid lijkt bovendien de verwezenlijking van een structurele hiërarchie, d.w.z. de aanwezigheid van structurele elementen op verschillende lengteschalen, van belang te zijn. Een tweede toepassing van geordende nanodeeltjes is te vinden in de nano-elektronica, waarbij de geleidbaarheid van geordende nano-dispersies kan worden benut in draagbare of implanteerbare technologische toepassingen. Het genereren van geordende patronen in nanodeeltjesdistributies is een uitdaging en vereist innovatieve methodologieën.Dit werk was gericht op het vinden van nieuwe routes en recepten om geordende, nanogestructureerde, vaste materialen te genereren. Meer specifiek berustte de vorming van nanostructuren in dit proefschrift op de assemblage van amfifiele blokcopolymeren die aan een epoxymatrix zijn toegevoegd. Het stollen werd gerealiseerd door verglazing van de uithardende epoxymatrix en doorviiiblokcopolymeerkristallisatie. Het gekozen diblokcopolymeer was stearylblok-poly(ethyleenoxide20), wat vrij uniek is omdat zowel het alifatische als het poly(ethyleenoxide)blok kristalliseerbaar zijn. De studie omvatte systemen van zeer lage tot zeer hoge blokcopolymeerconcentraties.Eerst werd de epoxy-uithardingskinetiek in aanwezigheid van het blokcopolymeer behandeld. In een volgende fase werd het potentieel om nanostructuren te induceren, onderzocht over het volledige samenstellingsbereik tijdens isotherme epoxy uitharding en tijdens koel- en verwarmingscycli in de niet-uitgeharde en uitgeharde toestand. Met behulp van synchrotron kleine hoek röntgenverstrooiing en grote hoek röntgendiffractie in combinatie met transmissie-elektronenmicroscopie, waren we in staat om morfologiekaarten te construeren met micellen, vesikels en wormachtige structuren bij lage blokcopolymeerfracties en gestapelde lamellaire morfologieën bij hoge fracties. Intermediaire blokcopolymeerconcentraties vertoonden daarenboven hexagonaal gestapelde cilindrische micellen en complexe overgangen tussen verschillende structuren als functie van de temperatuur. Deze overgangen werden soms veroorzaakt door de kristallisatie van de onderling verbonden blokcopolymeerdelen.In het laatste deel van dit manuscript werd onderzocht in hoeverre de bestudeerde amfifiele blokcopolymeren de dispersie en topologie van koolstof nanobuis- (CNT) versterkingen kunnen beïnvloeden wanneer ze worden toegevoegd aan een uithardende epoxymatrix. Helaas bleek dat het blokcopolymeer de CNT-dispersie en patroonvorming niet kon beïnvloeden. Controle krijgen over de structurele patronen van nanodeeltjes blijft daarom een enorme uitdaging." "Onderzoek naar supramoleculaire structuren in vloeibare toestand door middel van diffusie geordende (DOSY) NMR." "Tatjana Vogt" "Duurzame Chemie voor Metalen en Moleculen" "Nano-deeltjes worden gebruikt in technologische toepassingen. Inzicht in de oppervlaktechemie hiervan is onmisbaar om hun eigenschappen doelgericht te sturen. Uitgaande van nano-cluster modellen zullen in dit project eerst de vorming en dimensiebepaling van supramoleculaire nano-structuren onderzocht worden met hulp van diffusie NMR. De laatste jaren werd het gebruik van diffusie NMR voor de studie van nano-deeltjes uitgediept. Initiële metingen op supramoleculaire nano-structuren met deeltjesgroottes ongeveer 10 maal zo groot als hun bouwstenen, vormen de aanzet tot dit project. NMR verschaft informatie over zowel de samenstelling als ruimtelijke structuurbezetting in zulke systemen. De bepaling van de translationele diffusiecoëfficient, verbonden aan de deeltjesgrootte, is uitgegroeid tot een waardevolle methodologie voor menselanalyse. Vervolgens zal aandacht uitgaan naar micellen en liposomen. Tenslotte zullen die verschillende types nano-structuren gecombineerd worden met de doelstelling zowel macromoleculen als gefunctionaliseerde nano-clusters te integreren in micellen en liposomen. Zulke systemen vertonen belangrijke medische, katalytische en diagnostische eigenschappen. Daarom zal doorheen de analytische studie hun responsgedrag op allerlei parameters onderzocht worden. Gebruik maken van een elektronisch referentiesignaal, zullen deze supramoleculaire nano-structuren kwantitatief of semi-kwantitatief verkend en gekarakteriseerd worden, op vlak van ruimtelijke structuur alsook reactiekinetica en thermodynamica." "Onderzoek naar supramoleculaire structuren in vloeibare toestand door middel van diffusie geordende (DOSY) NMR." "Rudolph Willem" "KU Leuven, Materialen & chemie" "Nano-deeltjes worden gebruikt in technologische toepassingen. Inzicht in de oppervlaktechemie is onmisbaar om eigenschappen doelgericht te sturen. In de onderzoeksgroep HNMR-VUB werd expertise opgebouwd rond organisch-gefunctionaliseerde anorganische nano-deeltjes en micellen. Uitgaande van nano-cluster modellen zullen, in dit project, eerst vorming en dimensiebepaling van supramoleculaire nano-structuren onderzocht worden in functie van interactie- en partikeltype. Vervolgens zal aandacht uitgaan naar micellen en liposomen. Tenslotte, zullen die verschillende types nano-structuren gecombineerd worden, met de doelstelling zowel macromoleculen als gefunctionaliseerde nano-clusters te integreren in micellen en liposomen. Zulke systemen vertonen belangrijke medische, katalytische en diagnostische eigenschappen. Daarom zal doorheen de analytische studie hun responsgedrag op allerlei parameters onderzocht worden. De laatste jaren werd in de groep HNMR diffusie NMR uitgediept in onderzoek op nano-deeltjes. Verkennendemetingen op supramoleculaire nano-structuren, op deeltjesgroottes ongeveer 10 maal zo groot als hun bouwstenen, vormen de aanzet tot dit project. NMR verschaft informatie over zowel samenstelling als ruimtelijke structuurbezetting in zulke systemen. De bepaling van de translationele diffusiecoëfficiënt, verbonden aan de deeltjesgrootte, is uitgegroeid tot een waardevolle methodologie voor mengselanalyse, waar onze groep toe bijdroeg. Gebruik makend van een elektronisch referentiesignaal, zullen deze supramoleculaire nano-structuren kwantitatief of semi-kwantitatief verkend en gekarakteriseerd worden, op vlak van ruimtelijke structuur alsook reactiekinetica en thermodynamica." "Optische toepassingen van meerlaagse nanostructuren" "Thierry Verbiest" "Moleculaire Visualisatie en Fotonica" "Nieuwe hybride meerlaagse nanostructuren, opgebouwd uit plasmonische en ijzer oxide nanopartikels, samengebonden door organische moleculen, werden geproduceerd. Deze unieke structuren vertonen interessante en nieuwe optische fenomenen en kunnen gebruikt worden voor de verdere ontcijfering van de fundamentele interacties tussen licht en materie. In dit werk verkennen we zulke optische effecten veroorzaakt door plasmonische koppelingen.Na een inleidend hoofdstuk waarbij de lezer kennis maakt met de relevante concepten van de nanochemie gaan we verder met de synthese van de nanostructuren. Hierbij stellen we twee mogelijke strategieën voor, de laag-per-laag methode en een nieuwe ultrasone spray coating techniek. Vervolgens hebben we deze structuren gebruikt om verscheidene nieuwe optische effecten te onderzoeken, namelijk de niet-reciproke asymmetrische transmissie, helicaal dichroïsme en de niet-reciproke natuurlijke optische rotatie.Niet-reciproke asymmetrische transmissie, waarbij de transmissie afhankelijk is van de propagatierichting, werd experimenteel aangetoond en een fenomenologisch model werd gepresenteerd. Met dit model werd aangetoond dat de geïnduceerde elektrische quadrupool momenten aan de oorsprong liggen van de asymmetrische transmissie en het niet-reciproke karakter van het effect.In een volgende stap onderzochten we de interactie tussen chirale meerlaagse nanostructuren en Laguerre-Gaussisch (LG) licht. Dit LG licht bevat een orbitaal angulair moment (OAM). Voor de eerste keer werd aangetoond dat naast interactie met het spin angulaire moment van licht, chiraal materiaal ook kan interageren met het OAM van licht. Verder toonden we aan dat deze interactie anders is wanneer licht gebruikt wordt met een tegenovergesteld OAM, een effect dat we helicaal dichroïsme hebben genoemd. Uit theoretische resultaten blijkt dat helicaal dichroïsme afhankelijk is van chirale elektrische quadrupool bijdragen, dit in tegenstelling tot circulair dichroïsme, wat gebaseerd is op magnetische dipool bijdragen.Tot slot onderzochten we natuurlijke optische rotatie in chirale meerlaagse structuren. Naaste een zeer sterke reciproke natuurlijke optische rotatie bewezen we ook de aanwezigheid van een significante niet-reciproke bijdrage aan deze optische rotatie. Dit effect vond plaats in afwezigheid van een magnetisch veld. Een fenomenologisch model werd ook hier gebruikt om de oorsprong van het effect aan te tonen." "Bevordering van actief ouder worden: functionele nanostructuren voor de ziekte van Alzheimer in ultravroege stadia" "Uwe Himmelreich" "Biomedische MRI" "Alzheimer’s disease (AD) is the leading cause of dementia and loss of autonomy in the elderly, implying a progressive cognitive decline and limitation of social activities. Progressive aging of EU population will increase the magnitude of this problem in the next decades. Currently, there is not an effective method for the early diagnosis of AD. Therefore, there is an urgent need to develop new effective early diagnostic and therapeutic strategies to help in delaying the appearance of the most adverse symptoms of this disease. To defeat this challenge, PANA project bases its approach on the importance of tau oligomers in the early pathophysiological processes of AD. The effective strategy will be based on two fundamental pillars; on one hand, efforts will be focused on multimodal PET/MRI imaging which is gaining relevance as the best solution for diagnostic purposes due to the complementary advantages of both technologies, combining the high structural characterization of tissue provided by MRI with the enhanced sensitivity of PET imaging. On the other hand, the challenging development of a theragnostic nanostructures will be focused on tau oligomers detection, which would have to deliver theragnostic agents into the brain to provide in situ diagnostic and therapeutic effects. Therefore, PANA project focuses on developing theranostic nanostructures that specifically recognize very-early molecular markers of AD, and can be detected by means of non-invasive imaging methodologies (MRI and/or PET, which are already common techniques accessible in most hospitals) and eventually provide a therapeutic action if needed.To achieve this goal, we propose a unique consortium which combines neuroscientists, nanotechnologists, molecular imaging experts, clinicians and Small/Medium/Large Enterprises in an effort to use smart nanoparticles engineered with multifunctional biomaterial to provide new very-early diagnostic tools for AD, a vital medical/social problem in EU." "Ontwikkeling van industrieel relevante nanotechnologie voor dunne film zonnecellen" "Bart VERMANG" "Engineering Materials and Applications, Laboratório Ibérico Internacional de Nanotecnologia" "Ontwikkeling van industrieel relevante nano-lithografie technieken, voornamelijk nano-imprint lithografie (NIL), voor de integratie van nano-structuren in dunne film zonnecellen. Deze nano-structuren zullen gebruikt worden voor passivering en texturering van de voor- en achterkant van deze zonnecellen. Via een Horizon 2020-project, namelijk ARCIGS-M, is er de mogelijkheid om samen te werken met een NIL toestel fabrikant."