Struktur und ortsaufgelöste Mechanik sowie Rheologie oberflächennaher Bereiche von adaptiven Polymernetzwerken

• Antragstellerin: Professorin Dr. Regine von Klitzing
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397384169

Ziel ist es, responsive Beschichtungen aus amphiphilen Conetzwerken (ACN) zu präparieren, die sensitiv auf äußere Stimuli wie Lösungsmittelzusammensetzung (hydrophil/hydrophob-Balance), pH-Wert, Temperatur und Licht reagieren. Dafür soll auf nanoskopischer und mikroskopischer Skala ein tiefgehendes Verständnis und damit eine rationale Kontrolle über die Beziehung zwischen Struktur, Quellbarkeit und Mechanik/Rheologie im oberflächennahen Bereich von ACN erlangt werden. Dabei sollen weiterhin sowohl kovalent als auch ionisch-reversibel verknüpfte ACN verwendet werden, deren Bausteine 4-armige Sterne sind und im TP1 bzw. TP2 synthetisiert werden. Zusätzlich soll in der zweiten Förderperiode das Repertoire der Ausgangsstoffe hinsichtlich Hybridnetzwerke erweitert werden. Zum einen sollen kovalent-reversible Netzwerke untersucht werden und zum anderen sollen kovalent-elektrostatische Netzwerke aufgebaut werden, bei denen ein Teil der Tetra-Sterne kovalent und der andere Teil ionisch-reversibel verknüpft ist (TP2). Darüber hinaus sollen die Tetra-Sterne teilweise thermosensitive Polymeranteile enthalten (TP2), die bei Temperaturvariation im Lösungsmittel reversibel kollabieren oder quellen. Zudem soll auch ein schnelles Schalten über externe Felder wie Licht möglich sein. Dazu sollen Goldnanopartikel (AuNP) dem Gel hinzugefügt werden, die über plasmonisches Heizen temperatursensitive Bereiche im Gel schnell kollabieren oder quellen lassen. Für jedes System muss eine geeignete Präparationstechnik gefunden werden. Für die Strukturuntersuchungen im oberflächennahen Bereich kommt weiterhin Rasterkraftmikroskopie schwerpunktmäßig zum Einsatz. Der Fokus liegt auf der Bestimmung der Oberflächentopographie mit hoher Ortsauflösung sowie auf der Untersuchung der mechanischen und rheologischen Eigenschaften durch Indentationsexperimente bei Variation externer Stimuli. Neben der Rasterkraftmikroskopie sollen GISAXS und GISANS Messungen zur Aufklärung der Struktur im oberflächennahen Bereich beitragen. Die gewonnenen Strukturinformationen an den oberflächennahen Bereichen sollen mit denjenigen in der Volumenphase (SAXS) aus dem TP3 verglichen werden. Im TP6 wird die Musterbildung durch Phasenseparation simuliert. Daraus lassen sich Korrelationslängen der Musterbildung bestimmen und mit den AFM-Experimenten vergleichen. Das TP 5 soll zur Klärung beitragen, wie sich die Mechanik/Rheologie auf makroskopischen Längenskalen (TP4) aus den mechanischen Eigenschaften auf kleinen Längenskalen (10 nm bis 10 mikrometer) zusammensetzt. Mit TP 7 sollen experimentell bestimmte und theoretisch vorhergesagte E-Moduli verglichen werden. In Zusammenarbeit mit TP8 soll untersucht werden, ob sich „2D“ Netzwerke herstellen lassen, die sich als zellkompatible und ggf. responsive Beschichtung für biomedizinische Anwendungen eignen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2811: Adaptive Polymergele mit kontrollierter Netzwerkstruktur