Untersuchung der Interpenetration von Polymeren und Polymerbürsten-Oberflächen mittels Förster-Resonanzenergietransfer-Chemie

• Antragstellerin: Dr. Khrystyna Rymsha, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572718429

Polymerbürsten-Doppelschichten haben sich als vielversprechende Kandidaten zur Reibungsreduzierung an weichen Grenzflächen erwiesen, da sie eine flüssigkeitsähnliche Grenzschicht bilden. Ein entscheidender Parameter für ihre Schmiereigenschaften ist der Grad der gegenseitigen Durchdringung zwischen gegenüberliegenden Polymerbürsten. Die meisten Versuche, diese Schmiereigenschaften zu optimieren oder zu verstehen, basieren jedoch auf empirischen- oder Versuch-und-Irrtum-Ansätzen. Trotz erheblicher Fortschritte sind die molekularen Kettendynamiken, die während der Schmierung ablaufen, noch nicht vollständig verstanden. Dies liegt primär daran, dass Prozesse an der Kontaktfläche zwischen sich berührenden Oberflächen direkt nicht beobachtet werden können, da die Struktur des Systems für die meisten Methoden unzugänglich ist. Um diese Herausforderungen zu überwinden, ist ein neuer Ansatz mit höherer experimenteller Auflösung erforderlich. Dieses Projekt zielt darauf ab, diese Herausforderung zu bewältigen, indem die Tiefe der Durchdringung zwischen gegenüberliegenden Polymerbürsten sowie das Eindringen freier Polymerketten in die Bürstenschichten mittels Förster-Resonanzenergietransfer (FRET)-Chemie untersucht wird. Stimuli-responsive Polymerbürsten werden im sogenannten „Grafting-from“-Verfahren unter Verwendung der oberflächeninitiierten photoinduzierten Elektronentransfer-Reversible-Addition-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (SI-PET-RAFT) synthetisiert. Nach der Polymerisation erfolgt die Modifikation mit Fluorophoren, wobei ein Donor in einer Bürste und ein Akzeptor in der gegenüberliegenden Bürste oder in freien Polymerketten eingebracht wird. Die Wechselwirkungen zwischen freien Polymerketten und Polymerbürsten werden untersucht, um deren Beitrag zur Schmierleistung an der Grenzfläche zu bewerten. Die Kombination der kolloidalen Sonden-Atomkraftmikroskopie (CP-AFM) mit der CLSM-Technik wird verwendet, um zu ermitteln, welche Kettenlänge der freien Polymere die Reibung effektiv reduziert und den Verschleiß der Bürsten verhindert. Diese Methodik ermöglicht die Quantifizierung der FRET-Effizienz in Abhängigkeit vom Grad der Durchdringung der Polymerbürsten – von teilweiser Überlappung bis hin zur vollständigen Trennung – unter Scherung und Kompression. Dazu wird das integrierte CP-AFM/CLSM-Setup für die Echtzeitüberwachung der energieübertragungsgetriebenen Wechselwirkung zwischen FRET-markierten, gegenüberliegenden Polymerbürsten unter verschiedenen Lösungsmittelbedingungen verwendet. Dies ermöglicht detaillierte Einblicke in den Zusammenhang zwischen Konformation und Durchdringung. Die erfolgreiche Umsetzung des FRET-basierten Konzepts wird die Validierung theoretischer Modelle ermöglichen und die Vorhersage optimaler Schmierbedingungen erleichtern, was potenziell zur rationalen Entwicklung fortschrittlicher, adaptiver Schmiersysteme führen kann.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle