Molekulare Bürsten mit amphiphilen thermoresponsiven Seitenketten – von der Synthese über Lösungen zu selbtassemblierten Gelen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Rainer Jordan; Professorin Dr. Christine M. Papadakis
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429657854

Das Forschungsprojekt befasst sich mit dem Verhalten von Pfropf-Copolymeren (molekulare Bürsten, MB) in Lösung und im Gelzustand. Die MB Seitenketten sind Copolymere aus thermoresponsiven sowie permanent hydrophilen Segmenten (Block oder statistisches Copolymer). Variation der molekularen Parameter, wie der Länge der Hauptkette sowie die Länge und Reihenfolge der responsiven Segmente in den Seitenketten führt zu einem reichhaltigen Phasen- und Selbstassemblierungsverhalten. Als System werden Poly(2-oxazoline)e gewählt, da die Wasserlöslichkeit der Segmente durch die Wahl der 2-Substituion der Monmere sehr genau kontrolliert werden kann. Die Hauptkette wird aus Poly(2-isopropenyl-2-oxazolin) und die Seitenketten aus (wasserlöslichen) Poly(2-methyl-2-oxazolin) und (thermoresponsiven) Poly(2-iso/n-propyl-2-oxazolin) Segmenten bestehen. Für POx MBs mit kurzen bis langen Hauptketten wird sich die Form der MBs von kugelförmig zu länglich ändern. Das Phasenverhalten der MBs wird durch systematisches Zufügen thermoresponsiver Segmente und des amphiphilen Motivs (äußere und Kernblöcke oder statistisch) eingestellt. Hierfür wird die etablierte Synthese mittels lebend anionischer und/oder kontrolliert radikalischen Polymerisationstechniken weiterentwickelt. Weiterhin werden komplexe Polymerarchitekturen (sternförmige MBs und Hanteln) entwickelt, um komplexe Gelbildung und programmiertes Selbstassemblierungsverhalten hydrophiler und hydrophober Voxel aus Einzelmolekül-Nanoobjekten zu untersuchen. Das temperaturabhängige Verhalten der MB wird in verdünnter und konzentrierter wässriger Lösung in Abhängigkeit von der molekularen Architektur untersucht. Im Fokus steht der Einfluss des Kollaps der thermoresponsiven Segmente auf den die Größe und Form, die innere Struktur, die Selbstassemblierung, die Gelbildung und das Schaltverhalten sowie die kollektive Dynamik. Hierzu werden die Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie, die dynamische Lichtstreuung sowie die Röntgen- und die Neutronenkleinwinkelstreuung eingesetzt. Diese experimentellen Untersuchungen werden begleitet von Computersimulationen des russischen Projektpartners, nämlich zur Selbstassemblierung der MBs sowie der Bildung uni- bis multimolekularer Cluster/Mizellen und dem Quell-/Kollapsverhalten der selbstassemblierten physikalischen Hydrogele. Die Simulationsmethoden umfassen die Entwicklung atomistischer Modelle der synthetisierten Copolymere und ihrer mesoskopischen vergröberten Analoge, die mit Dissipative Particle Dynamics oder Molekulardynamik untersucht werden. Die einzigartige Kombination moderner Synthesemethoden, experimentellen Untersuchungen der Struktur und Dynamik und Computersimulationen wird umfassenden Einblick in das Verhalten thermoresponsiver molekularer Bürsten komplexer Architektur geben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Großgeräte: GPC-Anlage
• Gerätegruppe: 1350 Flüssigkeits-Chromatographen (außer Aminosäureanalysatoren 317), Ionenaustauscher
• Kooperationspartner: Professor Dr. Igor Potemkin