Anisotrope hohle Mikrogele – Kleine Wunder mit großem Potenzial

Mikrogele bestehen aus einem Netzwerk dreidimensional verknüpfter Polymere und können, durch hydrophile Polymerkomponenten, auf ein beträchtliches Volumen quellen. Die Polymerstrukturen zeichnen sich durch verschiedenste Eigenschaften aus und lassen sich hervorragend auf unterschiedliche Anwendungsbereiche anpassen. Ein internationales Forscherteam untersuchte nun unter Leitung von JARA-SOFT Direktor Prof. Walter Richtering, Inhaber des Lehrstuhls für Physikalische Chemie II und Institut für Physikalische Chemie, eine besondere Form der Mikrogele, die einen hohlen Kern und Anisotropie aufweisen.

Mikrogele sind extrem vielfältige Gebilde mit unterschiedlichen Eigenschaften. Dabei beruhen die individuellen Besonderheiten zum Beispiel auf dem Grad ihrer strukturellen Vernetzung. Weisen die Mikrogele beispielsweise eine höhere strukturelle Vernetzung auf, zeichnen sie sich durch eine größere Steifheit aus. Weniger stark vernetzte Mikrogele sind entsprechend flexibler und weicher. Darüber hinaus können äußere Reize, wie zum Beispiel Temperaturänderungen Einfluss auf die Steifheit des Mikrogels haben. Ein detailliertes Verständnis der Eigenschaften, die Synthese neuer Mikrogele für spezifische Anwendungen und die Erforschung neuer Herstellungs- und Formulierungsprozesse sind daher wichtige Aufgaben der aktuellen Forschung im Soft Matter Bereich.

Ein Forscherteam rund um JARA-SOFT Direktor Prof. Walter Richtering hat nun eine besondere Form der Mikrogele untersucht. Hohle Mikrogele, die sowohl im gequollenen als auch zusammengefallenen Zustand anisotrop sind, standen im Zentrum der wissenschaftlichen Arbeiten, deren Ergebnisse jüngst in der Fachzeitschrift „NANO Letters“ veröffentlicht wurden. Diese nur Nanometer großen Mikrogele sind in Wasser gequollen, bestehen aus einem Polymernetzwerk und besitzen einen mit einem Lösungsmittel gefüllten Hohlraum im Zentrum. Die Hohlräume verbessern die Weichheit des Mikrogels. Dabei kann die Größe des Hohlraums durch verschiedene Komponenten gesteuert werden. So fanden die Wissenschaftler* heraus, dass die Dicke der Mikrogelschale Auswirkungen auf die Größe und Form des Hohlraums hat. Darüber hinaus untersuchte das wissenschaftliche Team den Effekt, den Temperaturänderungen auf die Mikrogele haben.
Eine große Herausforderung für die Forscher war der Herstellungsprozess. Bis her machte die Synthese dieser Mikrogele Probleme. Das Forscherteam entwickelte daher ein neues Herstellungs- und Charakterisierungsverfahren, mit dem die Synthese anisotroper hohler Mikrogele gelingt.
Die Ergebnisse der Untersuchungen sowie das neue Herstellungsverfahren machen anisotrope hohle Mikrogele interessant für verschiedenste Anwendungen, z.B. bei Sensoren für die Analytik von Pestiziden in Wasser oder für den Transport von Wirkstoffen in Zellen.

Weitere Informationen zur Forschung von Prof. Richtering stehen auf der Website seines Instituts der RWTH zur Verfügung.

Die Originalveröffentlichung ist auf der Seite der Fachzeitschrift NANO Letters abrufbar.

_{* Verweis: „Alle in diesem Dokument verwendeten Bezeichnungen sind geschlechtsneutral zu verstehen. Auf eine Nennung verschiedener Varianten der Bezeichnungen wird allein aus Gründen der besseren Lesbarkeit verzichtet.“}