Hochfrequenz-Ultraschall als neuartiger Stimulus für Poly(N-isopropylacrylamid)-Mikrogele

• Antragsteller: Dr. Seyedamin Rahimzadeh
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546899245

Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) Mikrogele sind stimuli-responsive Polymer-Netzwerke und finden vielseitige Anwendungen in intelligenten Beschichtungen, Schäumen, Emulsionen und biomedizinischen Systemen, aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften sowohl im Bulk als auch an Grenzflächen. Obwohl ihre Unbedenkliche Verwendung im menschlichen Körper nicht genehmigt wurde, können sie dennoch als Modellsystem für Arzneimitteltransportsysteme untersucht werden (z. B. können sie mit Wirkstoffpartikeln beladen und mit einer externen Stimulus an der vorgesehenen Stelle freigesetzt werden). PNIPAM-Mikrogele können neben der Reaktion auf Temperaturänderungen so modifiziert werden, dass sie empfindlich auf andere externe Reize wie Licht und magnetische Felder reagieren, was im Vergleich zu Temperaturänderungen den Vorteil schnellerer Reaktionszeiten bietet. In diesem Projekt etablieren wir ZERSTÖRUNGSFREIEN hochfrequenten Ultraschall (im MHz-Bereich) als neuartigen Reiz, der von schnellen Auslösefähigkeit und hoher Eindringtiefe profitiert und den Vorteil bietet, im Vergleich zu Mikrogelen, die für Licht- oder Magnetanregung konzipiert sind, keine zusätzlichen Modifikationen zu erfordern. Der Volumenphasenübergang (VPT) der Mikrogele unter Ultraschall wird mit einer kürzlich modifizierten dynamischen Lichtstreuungsmethode untersucht. Das Hauptziel besteht darin, die Korrelation zwischen ultraschallinduzierter Mikrogeloszillation und der viskosen Dissipation von Ultraschallenergie zu verstehen, was letztendlich zu ihrer Dehydratisierung führt. In diesem Zusammenhang verfolgen wir den hydrodynamischen Durchmesser der Mikrogele für die Dauer der Ultraschallanregung und untersuchen gleichzeitig den Einfluss von Ultraschalleigenschaften (Frequenz und Amplitude), Mikrogelmerkmalen (Größe, Steifigkeit) und Umgebungsparametern (wie Temperatur und (Co-)Lösemitteln) auf ihren VPT. Diese umfassende Studie zielt darauf ab, das Verständnis zu verbessern, wie PNIPAM-Mikrogele unter dem Einfluss von hochfrequentem Ultraschall reagieren, um Fortschritte beim Wirkstofftransport und anderen Anwendungen zu ermöglichen. Die Erkenntnisse aus dieser Forschung können neue Wege für die Entwicklung von reaktionsfähigen Materialien mit verbesserten Eigenschaften und Funktionalitäten eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen