3-D (nanoskalige) lokale Polymerisation mittels Nahfeldmoden an mesoporösen Grenzflächen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Annette Andrieu-Brunsen
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280027530

Transportprozesse in Mesoporen ist in vielen zukunftsrelevanten Technologien wichtig. Beispiele sind Wasser- und Energiemanagement. Dies lässt eine zunehmenden Bedeutung von Transportprozessen in nanoskaligen Poren erwarten. Biologische Poren, wie der Kaliumkanal, steuern Transport deutlich präziser. Um Transport hinsichtlich Transportraten und Transportrichtung in technologischen Poren zu steuern, ist eine nanoskalig lokal kontrollierte Platzierung von (responsiven) Funktionen und eine möglichst große funktionale Breite in derartigen Anbindungen nötig. Inspiriert von gerichtetem selektiven Transport in Mesoporen zielt das vorgestellte Projekt darauf ab, responsive Polymere nanolokal in keramische Mesoporen anzubinden und Transport entlang solcher, nanoskaliger Gradienten auszurichten. Die dazu nötige nanolokal begrenzte Anbindung soll durch Nahfeldmodeninduzierte Polymerisation erreicht werden. Neben der nanoskaligen Begrenzung ist die Wellenlänge von Nahfeldmoden (< 400 nm) eine Herausforderung. Obwohl mit sichtbarem Licht initiierte Polymerisationen ein sich stark entwickelndes Feld darstellen, gibt es nur wenige Beispiele Nahfeldmoden-induzierter Polymerfunktionalisierungen. Diese gehen von plasmonischen Nanopartikeln und kommerziellen Resists aus. Die Funktion des Polymers, die Kontrolle der Polymerisation und des erhaltenen Materials spielen keine Rolle. In der ersten Förderperiode haben wir die mesoporöse Filmherstellung optimiert, Farbstoffsensitisierte Polymerisationen bei 532 nm und 633 nm systematisch untersucht sowie mit sichtbarem Licht initiierte Iniferter-initiierte Polymerisationen in ersten Versuchen getestet. Neben Nahfeldmoden an planaren Metallfilmen haben wir plasmonische Nanopartikel als nanolokale Lichtquelle in mesoporöse Filme eingebettet und in einem ersten Versuch zur nanolokalen Polymerfunktionalisierung genutzt. In der zweiten Förderperiode beabsichtigen wir nanoskalige responsive Gradienten und orthogonal responsive nanoskalige „Tore“ experimentell umzusetzen und Lokalisierung und Polymertyp mit den resultierenden Transporteigenschaften zu korrelieren. Dazu werden durch Nahfeldmodus initiierten Polymerisationen zu einer breiten Technologieplattform ausgebaut. Die durch Nahfeldmoden induzierte Polymerisation an planaren Metallfilmen wird verwendet, um die Transportrichtung von nanoskaligen Gradienten zu untersuchen. Plasmonische Nanopartikel werden verwendet, um nanoskalige Gates zu entwerfen. Schwache Polyelektrolyte, die auf pH- oder Redoxstimuli reagieren, werden für das Gradienten- und orthogonal ansprechende Nanogate-Design verwendet. Block-Cooligomere werden untersucht, um die Hydrophobizität und Ladung präzise einzustellen und die Transportrichtung und -selektivität noch weiter zu verbessern. Diese Technologieplatform ist für Sensorfragestellungen, aber auch in Kombination mit anderen hochauflösenden optischen Techniken oder die Anwendung im Design komplexer, kompartmentalisierter Systeme relevant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen