Ultraschallpermeation Stimuli-responsiver Mikrogele durch poröse Medien als Modellprozess für den Medikamententransfer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Hauptziel dieses Projekts war die erfolgreiche Nutzung hochfrequenter akustischer Oberflächenwellen (SAWs) zur Erzeugung eines Strahls aus Poly(N-Isopropylacrylamid)-Mikrogel-Dispersionen (PNIPAM). Durch unsere Forschung haben wir gezeigt, dass die mechanischen Eigenschaften von Mikrogelen, insbesondere ihre Weichheit, eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle der Stabilität des gebildeten Strahls spielen, trotz seiner schnellen Bildung (in Millisekunden). Unsere Ergebnisse zeigen, dass Mikrogele die Fähigkeit besitzen, sich an der ausgedehnten Wasser-Luft-Grenzfläche neu anzuordnen und dadurch die Integrität des Strahls aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass diese Reaktionsfähigkeit umso ausgeprägter ist, je weicher die Mikrogele sind. Das Verständnis des Zusammenhangs zwischen der Weichheit von Mikrogelen und ihrer Reaktion an der Wasser-Luft-Grenzfläche eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen in Bereichen wie Mikrofluidik, Arzneimittelabgabe und Oberflächentechnik. Als zweites Ziel unserer Forschung haben wir hochfrequenten Ultraschall als neuartigen Stimulus für Poly(N-Isopropylacrylamid) (PNIPAM) eingeführt. Durch unsere Untersuchungen konnten wir die akustische Reaktion von linearem PNIPAM nachweisen und seine Kinetik untersuchen, die sowohl von der Ultraschallfrequenz als auch von der Lösungskonzentration beeinflusst wird. Darüber hinaus kombinierten wir erfolgreich dynamische Lichtstreuung (DLS) mit Ultraschall, um das System mit kompakten Siliziumdioxidpartikeln zu charakterisieren, als Vorstufe zur Charakterisierung der PNIPAM- Mikrogelgröße unter dem Einfluss von Ultraschall. Unsere Ergebnisse zeigten, dass PNIPAM-Mikrogele tatsächlich auf Schall reagieren und im Vergleich zu temperaturbedingten Veränderungen eine viel schnellere Kinetik aufweisen. Diese Ergebnisse sind von großer Bedeutung, da sie neue Einblicke in das Verhalten von PNIPAM-Mikrogelen unter Ultraschallstimulation bieten und das Potenzial von Hochfrequenz-Ultraschall als nichtinvasiver und effizienter Stimulus für Anwendungen wie die Verabreichung von Medikamenten, intelligente Materialien und reaktionsfähige Geräte hervorheben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Visualization of Acoustic Energy Absorption in Confined Aqueous Solutions by PNIPAM Microgels: Effects of Bulk Viscosity. Langmuir, 37(19), 5854-5863.
Rahimzadeh, Amin; Rutsch, Matthias; Kupnik, Mario & Klitzing, Regine von
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Frequency-Dependent Ultrasonic Stimulation of Poly(N-Isopropylacrylamide) Microgels in Water. Gels, 8(10), 628.
Razavi, Atieh; Rutsch, Matthias; Wismath, Sonja; Kupnik, Mario; von Klitzing, Regine & Rahimzadeh, Amin
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Impact of Ultrasound on the Motion of Compact Particles and Acousto-responsive Microgels. Research Square Platform LLC.
Stock, Sebastian; von Klitzing, Regine & Rahimzadeh, Amin
