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Projekt
Adaptive Polymergele mit kontrollierter Netzwerkstruktur
Antragsteller
Professor Sebastian Seiffert, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
Förderung
Förderung von 2019 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397384169
Amphiphile Conetzwerke (ACN) bestehen aus hydrophoben und hydrophilen Polymerbausteinen, die eine gemeinsame Netzwerkstruktur bilden und sowohl in Wasser als auch in organischen Lösungsmitteln quellen. Dadurch zeigen ACN eine selektive Quellbarkeit in diesen Medien und eine damit einhergehende umgebungssensitive Viskoelastizität sowie Permeabilität für hydrophile, hydrophobe sowie amphiphile Substanzen. Beides bildet die Grundlage für vielseitiges Anwendungspotenzial, beispielsweise als weiche Kontaktlinsen, schaltbare Zellsubstrate oder antimikrobielle Beschichtungen. Die vorstehend genannten umgebungssensitiven viskoelastischen und permselektiven Eigenschaften sind nun ihrerseits maßgeblich von der Netzwerk Nano- und Mikrostruktur bestimmt, und eben jene ist in ACN durch das etwaige Vorliegen von Cluster- und Domänenstrukturen teilkollabierter Probenbereiche in selektiven Medien besonders komplex. Unsere Forschergruppe hat das Ziel, hierfür quantitative Struktur-Eigenschaftsbeziehungen abzuleiten. Hierzu gehen wir aus von ACN mit regulärer Modellnetzwerkstruktur auf Grundlage des tetra-PEG Ansatzes von Sakai, Shibayama und Kollegen, welchen wir für ACN adaptieren werden. Hierbei werden wir insbesondere zwei Arten von ACN realisieren: einerseits solche, deren Polymerbausteine kovalent-permanent verknüpft sind und andererseits solche, deren Bausteine ionisch-reversibel verknüpft sind. Während die Nano- und Mikrostrukturen in ersteren sowohl durch die aktuellen Messzustandsbedingungen als auch durch die Netzwerkherstellungsbedingungen bestimmt sind, werden diese in letzteren nur durch die momentanen Quellbedingungen dominiert. Durch Vergleich beider ACN-Strukturen bei gleichen Bedingungen kann damit in ersteren der Einfluss des Netzwerkherstellungsprozesses klar herausgearbeitet werden. Auf dieser Basis werden wir ermitteln welchen Einfluss die Netzwerkbausteinbeschaffenheit und deren Stöchiometrie im Wechselspiel mit Reaktionsparametern wie Konzentration, Temperatur, Reaktivität und Viskosität auf die permanent perkolierte Netzwerkstruktur hat und wie diese bei selektiver Quellung bzw. selektivem Kollaps weiter verändert wird. Insbesondere werden wir herausarbeiten in welchem Ausmaß und in welchem Parameterraum größere ggf. gar perkolierte Domänenstrukturen in selektiven Medien vorliegen und wie sich die Aggregationszahl der kollabierten Bausteine quantitativ vorhersagen lässt. Auf Basis dieser Strukturmodelle wiederum werden wir die viskoelastische Mechanik sowie die diffusive Penetrierbarkeit der Gelmaterialien sowohl an deren Oberfläche als auch im Volumeninnern in den Fokus nehmen. All diese Studien werden sowohl aus experimenteller als auch aus theoretisch-simulierender Perspektive angegangen. Ziel ist es, durch enges Feedback aus Theorie und Experiment quantitative Struktur-Eigenschaftsbeziehungen als Grundlage für das rationale Design von ACN-basierten Materialien abzuleiten.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
