Farbstoffstabilisierte Nanoemulsionen als potente Plattform für Nanopartikelsynthesen

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Ziener
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431859640

In farbstoffstabilisierten Nanoemulsionen können über ein Sol-Gel-Verfahren kleine, eng verteilte Silikananopartikel (ca. 6-30 nm Durchmesser) mit hoher Präzision hergestellt werden. In Abhängigkeit von den Farbstoffen lassen sich andererseits aber auch sehr einheitliche kapselförmige Morphologien erzeugen. Es gibt Annahmen zum Mechanismus dieser Prozesse, aber keine detaillierten Daten auf molekularer Ebene. So sollen im Projekt zunächst mechanistische Untersuchungen zur Bildung der Silikapartikel und –kapseln mit Hilfeverschiedener Charakterisierungsmethoden (1H-, 13C-, 29Si-NMR- , Raman- , IR-Spektroskopie, SAXS/WAXS, TEM, SEM) sowie Modellierungen mit Molekulardynamikrechnungen durchgeführt werden. Eine zentrale Rolle wird dabei SAXS/WAXS spielen, da damit in Vorarbeiten strukturelle Informationen sowohl zu den Anordnungen der Farbstoffe an der Grenzfläche als auch zu den anorganischen Partikeln erhalten werden konnten. Diese sollen wesentlich verfeinert und zusätzlich mit zeitabhängigen Messungen am Synchrotron kombiniert werden. Dadurch können wichtige Informationen zur Kinetik des Sol-Gel-Prozesses erhalten werden. Durch die gewonnenen Erkenntnisse soll das auf Silika angewandte Konzept im Sinne einer allgemeinen Plattform erweitert werden. Dazu werden Copolymerisationen wie auch Postfunktionalisierungen der Partikeloberflächen durchgeführt. Die sehr milden Reaktionsbedingungen (pH ca. 7, keine weiteren Hilfsstoffe) sollten erlauben, auch empfindliche Oberflächenmodifikatoren wie Peptide oder Proteine einzusetzen. Durch die Reaktion an der Grenzfläche sollten sich Partikel mit Janus-Strukturen ausbilden. Außerdem sollte es möglich sein, Kern-Schale-Morphologien sowie Colloidosome zu erzeugen. Ferner ist geplant, statt silizium- titanhaltige Monomere einzusetzen, um so zu kleinen, einheitlichen TiO2-Nanopartikeln zu gelangen. Aufgrund der Hydrolyseempfindlichkeit muss eventuell auf nichtwässrige Systeme ausgewichen werden. Ein wesentlicher Vorteil der Farbstoffe gegenüber klassischen Tensiden ist, dass erstere problemlos durch Waschen entfernt werden können und dies sehr leicht visuell bzw. spektroskopisch überprüfbar ist. Im Mittelpunkt des Projektes steht die Synthese der neuen Materialien mit starker methodischer Unterstützung, um sie besser zu verstehen und damit kontrollieren zu können. Die Auswahl der Materialien erfolgt nach anwendungsrelevanten Gesichtspunkten, jedoch würde die direkte Anwendung den Rahmen des Projektes sprengen.Zusammenfassend sind die Leitthemen des Projekts 1) der Stabilisierungmechanismus der Farbstoffe, 2) die Rolle der Farbstoffe beim Sol-Gel-Prozess und 3) die Erweiterung des Konzeptes auf andere Morphologien und Materialien.Insgesamt soll in dem Projekt die Vielseitigkeit, Flexibilität und damit das hohe Potential der farbstoffstabilisierten Nanoemulsionen als Grenzflächenreaktoren am Beispiel des Sol-Gel-Prozesses demonstriert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Axel Groß; Professor Dr. Mika Lindén
• Kooperationspartner: Professor Dr. Heinz Amenitsch