Computersimulationen und theoretische Beschreibung von Lösungen aus geladenen und ungeladenen Dendrimeren: Konzentrationseffekte und Selbstorganisationsprozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Jens-Uwe Sommer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 57587123

In diesem Projekt werden Konzentrationseffekte in Lösungen von geladenen und ungeladenen Dendrimeren untersucht, in Fortsetzung unserer vorhergehenden Arbeiten an einzelnen Dendrimeren. Die dazu durchgeführten Computersimulationen werden auf einer hoch optimierten Variante des Bindungs-Fluktuations-Modells (BFM) aufbauen. Im Vergleich zu isolierten Dendrimeren ist das theoretische Verständnis von Konzentrationseffekten in Lösungen von Dendrimeren noch weitestgehend unverstanden, experimentelle Resultate teilweise widersprüchlich und es fehlen systematische Simulations-Studien über einen weiten Parameterbereich, insbesondere unter Berücksichtigung flexibler Spacer-Ketten. Im ersten Teil dieses Projekts werden Simulationen von ungeladenen Dendrimeren verschiedener Generationen und mit verschiedenen Längen von Spacer-Ketten durchgeführt. Hierbei werden athermische Lösungsmittelbedingungen über einen weiten Konzentrationsbereich vom verdünnten bis hin zum konzentrierten Zustand betrachtet. Diese Simulationen gestatten die Analyse der Konformationseigenschaften einzelner Dendrimere als Funktion der Konzentration und damit die detaillierte Untersuchung von Größenveränderungen und Durchdringungseffekte der Moleküle mit hoher statistischer Qualität. Interessant ist hier insbesondere die Rolle der Spacer-Ketten, welche, gegeben durch ihre eigene Überlappkonzentration, einen zweiten charakteristischen Konzentrationsbereich definieren. Im Rahmen des Projektes sollen Skalenansätze und Mean-Field-Modelle entwickelt werden, um die Simulationsresultate zu beschreiben und zu verallgemeinern. Im zweiten Teil des Projektes werden Lösungen von geladenen Dendrimeren unter expliziter Berücksichtigung der Gegenionen untersucht. Durch Hinzufügen von Salzionen sollen insbesondere die Effekte der Valenz der Ionen bei endlicher Konzentration der Dendrimere im Vordergrund stehen. Hierbei sollen die Konformationseigenschaften und mögliche Selbstorganisationsprozesse, hervorgerufen durch Komplexbildungen über höher-valente Gegenionen, betrachtet werden. Wir erwarten, dass die Resultate unserer Arbeiten für die Physik der weichen kondensierten Materie und für biologische Anwendungen relevant sein können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen