GRK 1865:  Hydrogel-basierte Mikrosysteme

• Fachliche Zuordnung: Polymerforschung ; Systemtechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211944370

Hydrogele sind vernetzte Polymere, die große Mengen Wasser aufnehmen und abgeben können. Die Wasseraufnahme und -abgabe ist mit einer großen Volumenzu- bzw. -abnahme verbunden. Hydrogele besitzen dabei zwei bemerkenswerte Eigenschaften: (a) Der Quellvorgang kann je nach Struktur und Aufbau des Polymers durch ein großes Spektrum unterschiedlicher physikalischer (z.B. Temperatur, elektrische Spannung, magnetisches Feld) und chemischer Größen (z.B. pH-Wert) hervorgerufen werden. (b) Dieser Quellvorgang ist reversibel. Damit eignen sich Hydrogele prinzipiell hervorragend sowohl für sensorische als auch für aktorische Anwendungen, zumal sich gezeigt hat, dass sich Hydrogele für entsprechende Anwendungen in Mikrosysteme integrieren lassen. Integrierte Hydrogel-basierte Sensoren und Aktoren ermöglichen somit kostengünstige Mikrosystemlösungen mit großem funktionellem Potenzial.Ziel dieses Graduiertenkollegs ist es, die Nutzung von Hydrogelen für sensorische und aktorische Funktionen in Mikrosystemen näher zu untersuchen und damit die wissenschaftlichen Grundlagen für zukünftige mikrosystemtechnische Anwendungen zu legen.Um dieses Ziel zu erreichen, sind vielfältige Unzulänglichkeiten, die bisher die praktische Nutzung von Hydrogelen in technischen Anwendungen erschwert oder sogar verhindert haben, zu lösen. Dazu sollen auf der einen Seite spezielle Materialien und Verfahren, die sich an den Erfordernissen solcher Anwendungen ausrichten (relevante Funktionalität, hohe Sensitivität, Selektivität und Langzeitstabilität, kurze Ansprechzeiten), entwickelt und numerisch bzw. experimentell untersucht werden. Zum anderen sollen mit diesen Materialien und Verfahren ausgewählte Mikrosysteme erforscht werden (z.B. langzeitstabile druckkompensierte pH-Sensoren, biochemische Sensoren, leistungslose Sensorschalter, chemische Logikschaltungen, mikrofluidische Syntheseprozessoren). In der ersten Bewilligungsphase des Graduiertenkollegs sind eine Vielzahl neuer Erkenntnisse erarbeitet worden, die sowohl die ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen als auch die bearbeiteten Anwendungsgebiete betreffen. Nach wie vor ist die Zahl an ungelösten Fragestellungen, die für die weitere Entwicklung Hydrogel-basierter Bauelemente und Systeme gelöst werden müssen, so groß, dass die in der ersten Bewilligungsperiode eingeschlagene Zielrichtung mit seinen mikrosystemtechnischen, struktur- und strömungsmechanischen sowie chemischen Aspekten beibehalten und kontinuierlich weiterverfolgen.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Technische Universität Dresden
• Beteiligte Institution: Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF)
• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Gerald Gerlach
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Andreas Fery; Privatdozentin Dr.-Ing. Margarita Guenther; Professor Dr. Stefan Odenbach; Professor Dr.-Ing. Andreas Richter; Professor Dr. Julian Thiele; Professorin Brigitte Voit, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Thomas Wallmersperger