Supramolekulare Hydrogele mit steuerbaren rheologischen Eigenschaften basierend auf amphiphilen Peptiden und Cyclodextrin-modifizierten magnetischen Nanopartikeln

• Antragsteller: Professor Dr. Bart Jan Ravoo
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434181687

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Hydrogele sind einzigartige Materialien, die größtenteils aus Wasser bestehen, sich jedoch makroskopisch wie Feststoffe verhalten. Sie enthalten poröse dreidimensionale molekulare Netzwerke, die aufgrund von Kapillareffekten und Oberflächenspannung eine Wassermenge einschließen können, die die Molekülmasse bei weitem übersteigt, ohne sich aufzulösen. Darüber hinaus haben Hydrogele viskoelastische Eigenschaften, die denen menschlichen Gewebes sehr ähnlich sind. Viele Hydrogele basieren auf Polymeren, die über eine bestimmte Konzentrationsschwelle hinaus interagieren, sich verwickeln, und somit eine Netzwerkstruktur bilden. In letzter Zeit haben auch Hydrogele auf der Basis von Gelbildnern mit niedrigem Molekulargewicht Aufmerksamkeit erlangt. In diesem Fall ordnen sich kleine Moleküle wie Peptide selbst zu supramolekularen Polymeren an, die wiederum die Netzwerkstruktur bilden, die das Hydrogel stabilisiert. Das zentrale Ziel dieses Projekts war die Entwicklung innovativer supramolekularer Peptidhydrogele mit steuerbaren Eigenschaften, die auf der Integration von Magnetit-Nanopartikeln basieren. In diesem Projekt haben wir „doppelt supramolekulare“ Hydrogele hergestellt, in denen sich amphiphile Peptide in wässriger Lösung zu supramolekularen Polymeren stapeln, die sich zusätzlich aufgrund nichtkovalenter Wechselwirkungen mit Magnetit-Nanopartikeln vernetzen. Unter Verwendung maßgeschneiderter Peptide haben wir Hydrogele hergestellt, die auf ein angelegtes Magnetfeld und/oder Bestrahlung mit UV- und sichtbarem Licht reagieren, d. h. sie werden härter oder weicher oder verformen. Die Hydrogele wurden mithilfe photo- und magnetorheologischer Experimente detailliert charakterisiert. Darüber hinaus wurde die mechanische Stabilität der Hydrogele durch Zugabe eines Polymers als zusätzliche Komponente im Hydrogel erhöht. Unter Verwendung einer Kombination aus Peptid und Polymeren wurden Hydrogele mit Formgedächtnis erhalten. Das Projekt führte zu völlig neuen dynamischen und reaktionsfähigen Hydrogelen, die durch externe Reize manipuliert werden können.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Magneto- and photo-responsive hydrogels from the co-assembly of peptides, cyclodextrins, and superparamagnetic nanoparticles. Faraday Discussions, 219, 220-228.
  Nowak, Benedikt P. & Ravoo, Bart Jan
  
• Photoresponsive hybrid hydrogel with a dual network of agarose and a self-assembling peptide. Soft Matter, 16(31), 7299-7304.
  Nowak, Benedikt P. & Ravoo, Bart Jan
  
• Magneto-responsive hydrogels by self-assembly of low molecular weight peptides and crosslinking with iron oxide nanoparticles. Soft Matter, 17(10), 2857-2864.
  Nowak, Benedikt P.; Niehues, Maximilian & Ravoo, Bart Jan
  
• Multiresponsive hydrogels and organogels based on photocaged cysteine. Chemical Communications, 57(48), 5913-5916.
  Rickhoff, Jonas; Cornelissen, Nicolas V.; Beuse, Thomas; Rentmeister, Andrea & Jan, Ravoo Bart
  
• Mediating Oxidation of Thioethers with Iodine—A Mild and Versatile Pathway to Trigger the Formation of Peptide Hydrogels. Angewandte Chemie International Edition, 61(22).
  Nowak, Benedikt P.; Schlichter, Lisa & Ravoo, Bart Jan
  
• Supramolecular Hydrogels Based on Cyclodextrins: Progress and Perspectives. ChemNanoMat, 8(5).
  Jain, Mehak; Nowak, Benedikt P. & Ravoo, Bart Jan