Dynamische Filme durch hierarchische Selbstorganisation von schaltbaren kolloidalen Bausteinen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Fery; Privatdozent Dr. Martin Müller; Professor Dr. Felix H. Schacher
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426950009

Das vorliegende Projekt zielt auf die Entwicklung einer neuartigen Strategie zur Herstellung Polymer-basierter Filme ab, die durch äußere Einflüsse wie pH-Wert oder Temperatur in ihren Eigenschaften verändert werden können. Dabei sind diese Veränderungen reversibel und die Filme weisen zusätzlich eine Kompartimentierung mit Strukturgrößen im nm-Maßstab auf. Die vorgestellte Strategie greift auf verschiedene Arten kolloidaler Bausteine zurück: einerseits kommen pH-schaltbare Mizellen zum Einsatz, welche aus ampholytischen Triblockterpolymeren durch Selbstorganisation gebildet werden, andererseits aber werden sphärische Polyelektrolytbürsten mit einer amphiphilen Blockcopolymer-Corona und einem TiO2 Kern verwendet. Aus diesen Bausteinen lassen sich dann durch elektrostatische Selbstorganisation (layer-by-layer) Multilagen mit kontrollierbarer Dicke herstellen. In beiden Fällen können die Wechselwirkungen zwischen benachbarten Bausteinen und in gleichem Maße die mit potenziell adsorbierten Molekülen durch externe Anreize kontrolliert werden, beispielsweise von attraktiven zu repulsiven Wechselwirkungen. Auf diese Weise wollen wir zu pH- und Licht-schaltbaren Materialien gelangen, die in der Lage sind mit verschiedenen Systemen im Falle einer Anhaftung oder Filmbildung zu interagieren. Wohingegen das bei den Triblockterpolymer-Mizellen durch pH-schaltbare Segmente und letzten Endes eine Ladungsumkehr erreicht wird, wollen wir im Falle der TiO2-basierten Hybride auf die Photoazidität von TiO2 zurückgreifen. In letzterem Fall führt eine Bestrahlung mit Licht einer geeigneten Wellenlänge zu einer Änderung des lokalen pH-Wertes und damit zu einer Änderung der Ladungsdichte und ggf. Konformation benachbarter Polyelektrolyte. Die Immobilisierung der kolloidalen Bausteine erfolgt direkt aus wässriger Lösung durch nicht-kovalente Wechselwirkungen und gelingt daher unter Umweltfreundlichen Bedingungen, auf einer Vielzahl an Oberflächen wie z.B. Metalle, Metalloxide oder Polymermaterialien und bei variabler Dicke. Wohingegen die hier beschriebenen Arbeiten ganz klar der Grundlagenforschung zuzuordnen sind, sehen wir in der Zukunft ein großes Anwendungspotenzial derartiger Filme als intelligente Substrate für das Zellwachstum oder als schaltbare Elemente in 3D Zellkulturen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen