Untersuchung des Molekulartransports durch Polymerbürsten: Ein Fluoreszenz-Blick auf bürstenfunktionalisierte Mikrofluidik

• Antragsteller: László Mérai, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 557863302

Der Materialtransport in dünnen Polymerfilmen und Polymerbürsten ist im Hinblick auf verschiedene grundlegende Aspekte und praktische Anwendungen von großem Interesse, darunter der molekulare Transport in biologischen Systemen [1], in der Nanomedizin [2], die Verringerung von Verschmutzungen [3] und die selektive Filtration [4]. Da sich die Polymerbürsten in den meisten dieser Systeme in Strömungskanälen befinden oder zumindest ihr Gesamtverhalten von einer Art konvektiver Strömung beeinflusst wird, ist das Verständnis der Beziehungen zwischen Molekulartransport und Strömung von entscheidender Bedeutung. Während sich die einschlägige Literatur hauptsächlich auf theoretische und Einzelmolekül-Verfolgungsansätze sowie auf Experimente an Systemen mit hochspezifischen Grenz- oder No-Flow-Bedingungen konzentriert hat, fehlt noch ein räumlich aufgelöster visueller Ansatz in Echtzeit, der in der Lage ist, den Molekültransport innerhalb von Bürsten zu überwachen und praktische Mikrofluidik zu dekorieren. Um diese Lücke zu schließen und das Feld voranzubringen, zielt dieser Vorschlag darauf ab, Materialtransportphänomene in Polymerbürsten zu untersuchen, die mikrofluidische Kanäle dekorieren, indem die Fluoreszenzkopplung zwischen bürstengebundenen und sich frei bewegenden gelösten Fluorophoren genutzt wird. Wie erst kürzlich festgestellt wurde, kann das Phänomen des Förster-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) in Kombination mit der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM) hochauflösende (~200 nm räumliche Auflösung) visuelle Informationen über die lokale Bürstenkonformation [5] und die Wechselwirkungen zwischen Bürste und gelösten Stoffen [6,7] liefern: Durch die Anpassung dieser Messungen an mikrofluidische Geräte möchte ich den diffusiven und konvektiven Transport verschiedener FRET-Akzeptor-Lösungen parallel und vertikal zur Substratoberfläche durch FRET-Donor-funktionalisierte thermoresponsive Polymerbürsten auf Poly(N-Isopropylacrylamid)-Basis direkt sichtbar machen. Die vorgeschlagene Methode ermöglicht die Untersuchung der Beziehungen zwischen den Transportphänomenen, den Bürsteneigenschaften (wie Höhe, Dichte und Konformation), der Größe der gelösten Stoffe, der Temperatur und den Fließbedingungen (Fließgeschwindigkeit, Kanalarchitektur). Es wird erwartet, dass diese Experimente neue grundlegende Erkenntnisse über die Funktionsweise von mit Polymerbürsten verzierten Mikrokanälen liefern und so den Weg für die Entwicklung solcher praktischer Systeme mit verbesserter Leistung ebnen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle