Microfluidic synthesis of multiscale polymer composite particles

• Applicant: Professor Dr. Johann Michael Köhler
• Subject Area: Preparatory and Physical Chemistry of Polymers ; Chemical and Thermal Process Engineering ; Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2014 to 2023
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 258420769

• Final Report Year: 2022

Final Report Abstract

Im Berichtszeitraum wurden die Untersuchungen des ersten Projektzeitraums, die zur mikrofluidisch gestützten Synthese von hierarchisch aufgebauten 3-Ebenen geführt hatten, in Richtung der Realisierung von 4- und 5-Ebenen-Partikeln mit hierarchischem Aufbau weitergeführt. Dabei bewährte sich das Konzept des Einsatzes mikrofluidischer Methoden, die jeweils auf das adressierte Größenniveau der Partikel zugeschnitten waren. Durch die Synthese und passende Oberflächenfunktionalisierung von Polymerpartikeln mit Durchmessern im mittleren Mikrometerbereich konnte ein Zwischenniveau zwischen dem oberen Nanometer- und dem oberen Mikrometerbereich eingezogen werden, wodurch die Synthese von 4-Ebenen-Partikeln (Au-Nanopartikel/PMMA- Nanopartikel/Poly-TPGDA-Mikropartikel-PAA-Hydrogelpartikel) gelang. Diese Strategie konnte zur Synthese von 5-Ebenen-Partikeln ausgebaut werden, in dem für die oberste Ebene mittels zweistufiger Tropfengenerierung in einer coaxialen Anordnung Kern/Hülle-Strukturen erzeugt wurden. Die erhaltenen Partikel wurden transmissions- und fluoreszenzmikroskopisch sowie elektronenmikroskopisch charakterisiert und dabei auch der hierarchische Aufbau verifiziert. Für die Charakterisierung der Nanopartikel und die Beurteilung und Verbesserung der einzelnen Verfahrenssschritte wurden zudem Zetaprotanzialmessungen, die Dynamische Lichtstreuung sowie die Zentrifugensedimentationsspektroskopie herangezogen. Die Ergebnisse der experimentellen Arbeit sowie zusammenfassende Übersichten zum Arbeitsgebiet wurden in acht Zeitschriftenbeiträgen niedergelegt. Eine weitere Arbeit sowie eine Dissertationsschrift zu den Projektergebnissen sind in Bearbeitung,

Publications

• Emerging Structural and Interfacial Features of Particulate Polymers at the Nanoscale. Langmuir, 36(44), 13125-13143.
  Visaveliya, Nikunjkumar R. & Köhler, J. Michael
  
• Hierarchical Assemblies of Polymer Particles through Tailored Interfaces and Controllable Interfacial Interactions. Advanced Functional Materials, 31(9).
  Visaveliya, Nikunjkumar R. & Köhler, Johann Michael
  
• Sensor Micro and Nanoparticles for Microfluidic Application. Applied Sciences, 10(23), 8353.
  Mazetyte-Stasinskiene, Raminta & Köhler, Johann Michael
  
• General Background of SERS Sensing and Perspectives on Polymer‐Supported Plasmon‐Active Multiscale and Hierarchical Sensor Particles. Advanced Optical Materials, 10(4).
  Visaveliya, Nikunjkumar R.; Mazetyte‐Stasinskiene, Raminta & Köhler, Johann Michael
  
• Softness Meets with Brightness: Dye‐Doped Multifunctional Fluorescent Polymer Particles via Microfluidics for Labeling. Advanced Optical Materials, 9(13).
  Visaveliya, Nikunjkumar R. & Köhler, Johann Michael
  
• Textured and Hierarchically Constructed Polymer Micro- and Nanoparticles. Applied Sciences, 11(21), 10421.
  Kronfeld, Klaus-Peter; Mazetyte-Stasinskiene, Raminta; Zheng, Xuejiao & Köhler, Johann Michael
  
• Four-Level Structural Hierarchy: Microfluidically Supported Synthesis of Polymer Particle Architectures Incorporating Fluorescence-Labeled Components and Metal Nanoparticles. Langmuir, 38(29), 8794-8804.
  Mazetyte-Stasinskiene, Raminta; Freiberger, Emma; Täuscher, Eric & Köhler, Johann Michael
  
• Stationary, Continuous, and Sequential Surface‐Enhanced Raman Scattering Sensing Based on the Nanoscale and Microscale Polymer‐Metal Composite Sensor Particles through Microfluidics: A Review. Advanced Optical Materials, 10(7).
  Visaveliya, Nikunjkumar R.; Mazetyte‐Stasinskiene, Raminta & Köhler, Johann Michael