NWO-DFG. Informationsverbreitung in Polymerbürsten: Flüssigkeitseinschluss und -transport durch räumlich kontrollierte Barriereschichten

• Antragsteller: Quinn Alexander Besford, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573858969

Dieses Projekt schlägt die Entwicklung einer neuen Klasse von Polymerbürstenmaterialien vor, die durch selektiv kristallisierbare Schichten eine räumlich kontrollierte Flüssigkeitsaufnahme und -transport ermöglichen. Ziel ist es, eine nanoskalige Kontrolle über den chemischen Informationsfluss zu erreichen, inspiriert von biologischen Systemen, die Signale in begrenzten Reaktionsräumen übertragen - eine große, bislang weitgehend ungelöste Herausforderung in der Materialwissenschaft. Die Arbeiten zu diesem Ziel konzentrieren sich auf weiche Systeme auf Basis von Hydrogelen, die auf lokale chemische Veränderungen reagieren oder sich daran anpassen, was idealerweise zu einer makroskopischen Übertragung von Signalen führt (d. h., das gesamte Material kann sich als Reaktion auf einen lokalen Reiz verformen). Unser Ansatz zielt auf eine weitaus feinere räumliche Auflösung ab, um so die Fähigkeit zu intelligenter Informationsverarbeitung in weichen nanoskopischen Systeme zu erreichen. Dazu nutzt unser Verbundprojekt nanoskopische Polymerbürstenfilme, die durch laserinduzierte Erwärmung in räumlich begrenzten Bereichen selektiv "aktiviert" werden können, wodurch eine zeitliche Durchlässigkeit für den vertikalen Transport von Flüssigkeiten entsteht, die dann lateral durch die unteren Bürstenschichten transportiert werden können. Wir werden diese Technologie sowohl für polare als auch unpolare Flüssigkeiten entwickeln, um den Informationstransport in Polymerlagen mit einer Dicke von einigen zig Nanometern zu steuern und letztlich eine autokatalytische Informationsausbreitung als Reaktion auf Reize zu erreichen. Diese Ziele werden in verknüpften Arbeitspaketen erreicht, die im Rahmen der gemeinsamen Initiative des niederländischen Forschungsrats (NWO) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) zwischen dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (Deutschland) und der Universität Twente, Enschede (Niederlande), verteilt sind. Konkret sind unsere Aufgaben 1) die Synthese robuster Bürstenarchitekturen, 2) die Untersuchung des vertikalen Lösungsmitteltransports, 3) die Quantifizierung von Quellung und Mobilität auf molekularer Skala, 4) die räumlich-zeitliche Strukturierung durch lokale Stimulation und 5) die Informationsverarbeitung und -übertragung über große Entfernungen. Unser Konsortialprojekt vereint Fachwissen aus den Bereichen Polymerchemie, Nanofabrikation und Physik weicher Materie. Zu den erwarteten Ergebnissen gehören grundlegende Erkenntnisse für die nächste Generation reaktionsfähiger und adaptiver Materialien, die Fortschritte in der Softrobotik und der chemischen Datenverarbeitung im Nanobereich unterstützen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Partnerorganisation: Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Frieder Mugele