Rheotaktisch strukturierte und hierarchisch organisierte Materialien

• Antragsteller: Dr. Daniel Van Opdenbosch
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404401992

Untersuchungsgegenstand des beantragten Projekts ist die Entwicklung makroskopisch monolithischer und anisotrop hierarchischer Materialien mit Kontrolle der Geometrien auf allen Längenskalen.Diese besteht im ersten Schritt aus der Bildung von Strukturtemplaten durch rheotaktische Exopolysaccharid (EPS)-Schleppenbildung in substratgebundenen durchströmten Biofilmen, sowie der Chemo- und Phototaxis der beteiligten Mikroben. Solche EPS haben eine hierarchische interne Struktur auf den 1-, 10- und 100 Nanometer-Skalen, welche eine Abscheidung von Materialien in ihrem Inneren erlaubt. Die Kontrolle der Geometrie auf der Makroskala wird beispielsweise durch die additive Fertigung des porösen Substrats erreicht. Auf den Mikrometer- und Submikrometer-Skalen sollen die im ersten Arbeitspaket ermittelten Parameter der Schleppenbildung der Steuerung der erhaltenen Strukturen dienen. In einem zweiten Schritt sollen die erhaltenen Template durch die Methoden der Biotemplatierung in Werkstoffe überführt, und diese im Hinblick auf zwei Anwendungen getestet werden.Diese Anwendungen sind makroskopische bio-mimetische hierarchisch organisierte hochzähe Komposite aus anorganischem Material und einer dispersen Polysaccharidphase für das Bauwesen, sowie rein anorganische monolithische mikro- und mesoporöse Materialien mit stromlinien-geformten Makroporen für die Flüssigchromatographie. Im ersten von zwei Arbeitspaketen soll die Strukturbildung durch Biofilm-Schleppen in porösen Substraten auf der Basis der Haupt-Parameter Druck, Zeit und Zusammensetzung der durchströmenden Fluide charakterisiert werden. Im zweiten Arbeitspaket soll, in Abstimmung mit den Erkenntnissen aus dem ersten Arbeitspaket, die Materialbildung durch die Abscheidung anorganischer Phasen in dreidimensional strukturierte Exopolysaccharid-Netzwerke im Hinblick auf die beiden angedachten Anwendungen bestimmt werden. Hierbei werden separate- oder während der Strukturierung geschehende in situ Verfahren der Mineralisation von polymeren Templaten herangezogen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Gerhard Fritz-Popovski