pH- und temperaturinduzierte Selbstorganisation von bis- und tris-hydrophilen Polymeren und Hybridpartikeln zu Hydrogelen
Final Report Abstract
Durch die Kombination von pH- und temperatur-responsiven Polymeren zu linearen oder sternförmigen Blockcopolymerarchitekturen wurden multi-responsive Hydrogele hergestellt. Hierbei kann sowohl die Gelbildung durch Änderungen im pH-Wert oder der Temperatur induziert, als auch die Eigenschaften der entstehenden Hydrogele, z.B. Quellung/Kontraktion, durch den entsprechenden anderen Stimulus beeinflusst werden. Die Einlagerung von magnetischen Nanopartikeln in thermo-responsive Hydrogele ermöglicht zudem ein induktives Heizen und eine damit verbundene Gelierung durch das Anlegen von magnetischen Wechselfeldern. Der erste Teil unseres Projektes konzentrierte sich auf ABC Triblockterpolymere mit einem pH- responsiven A Block, einem wasserlöslichen B Block, und einem thermo-responsiven C Block. Die Endblöcke können durch entsprechende Einstellung des pH-Wertes oder der Temperatur selektiv unlöslich geschaltet werden. Dies führt zur Bildung von Hydrogelen, die auf einer kubisch dichten Packung von Kern-Schale-Korona Mizellen (CSC Mizellen) basieren. Unter geeigneten Bedingungen können Hydrogele erzeugt werden, die bei Temperaturerhöhung einen Gel-Sol-Gel Übergang durchlaufen. Mit Hilfe dieses Konzeptes sind auch lichtempfindliche Hydrogele zugänglich. Hierzu wurde Poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylat) (PDMA) als responsiver C Block verwendet, das in der Gegenwart von multivalenten Hexacyanocobaltat-Gegenionen eine UV-schaltbare untere kritische Löslichkeitstemperatur (UCST) aufweist. Zusätzlich konnten wir durch die Einlagerung von Maghemit-Nanopartikeln in den Kern der Triblockterpolymer-Mizellen magnetfeld-responsive Hydrogele (Hydroferrogele) herstellen. Bedingt durch die thermo-responsive Korona der hergestellten Hybridmizellen können magnetische Wechselfeldern zum kontaktlosen Heizen und damit zur Gelbildung eingesetzt werden. Die zweite Methode zur Herstellung von „intelligenten“ Hydrogelen basiert auf sternförmigen Diblockcopolymeren die sowohl pH- und/oder temperatur-responsive Innen- als auch Außenblöcke aufweisen. Es konnte gezeigt werden, dass die Außenblöcke der Sterne unter Anwendung des entsprechenden Stimulus selektiv kollabieren. Dies führt zur Aggregation und in entsprechend konzentrierten Lösungen zur Gelbildung. Aufgrund des zusätzlichen responsiven Charakters der Innenblöcke kann eine Erweichung der erzeugten Gele induziert werden indem man Bedingungen wählt unter denen auch die Innenblöcke teilweise kollabieren. Unsere Untersuchungen sowohl an PDMA als auch an Poly(2-(diethylamino)ethyl methacrylat) (PDEA) haben unabhängig von der Architektur für beide Polymere ein doppelt-responsives Verhalten gezeigt, d.h. die Trübungspunkte weisen eine starke pH-Abhängigkeit auf. Die Ausweitung dieses Konzeptes auf Hybridsterne mit magnetischem Kern ermöglicht zudem den Zugang zu doppelt-responsiven Hydroferrogelen.
Publications
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