Bausteine für Nanoarchitekturen
Ähnlich wie Metalllegierungen oder Kompositmaterialen, bei denen die Stärken der einzelnen Komponenten zu einer außergewöhnlichen Mischung kombiniert werden, ermöglichen die Blockcopolymere ein breites Spektrum von Eigenschaften. Die an dem Projekt AP-GAC arbeitenden EU-finanzierten Wissenschaftler erkundeten das der Selbstorganisation von Polyphosphazen-basierten Blockcopolymeren zugrundeliegende Potenzial hinsichtlich interessanter nanostrukturierter Verbindungen. Polyphosphazen-Blockcopolymere bestehen aus sich abwechselnden Phosphor- und Stickstoffatomen. Sie sind in hohem Maße abstimmbar. Man hat Hunderte von ihnen mit verschiedenen, an die Phosphoratome gebundenen Seitengruppen synthetisiert, seit vor ca. 15 Jahren erstmals von ihnen berichtet wurde. AP-GAC konzentrierte sich nun auf die Herstellung von Blockcopolymeren, die aus nur zwei Blöcken (Diblock), entweder zwei verschiedenen Polyphosphazenen oder einem Hybrid-Blockcopolymer bestehen, das aus einem Polyphosphazen und einem Polystyrol zusammengesetzt ist. Dem Team gelang die Herstellung von Blockcopolymeren, die aus zwei verschiedenen Polyphosphazen-Blockcopolymeren bestehen. Die Synthese des Diblocks erforderte das Blockieren eines Initiators, um die Triblock-Bildung durch bidirektionales Kettenwachstum zu verhindern. Die Forscher stellten unter Einsatz ihrer Methoden die ersten chiralen Polyphosphazen-Blockcopolymere mit chemischen Funktionalitäten bereit, die zufällig in einem Block verteilt sind. Man erzeugte aus den Blockcopolymeren etliche interessante nanostrukturierte Architekturen, darunter chirale verdrehte Nanostrukturen, Vesikel (Bläschen), Nanokugeln und mesoporöse Filme. Mit den vom Projektteam vorbereiteten neuartigen Makroinitiatoren synthetisierten die Wissenschaftler Hybrid-Blockcopolymere, die aus einem Polyphosphazen-Block und einem Polystyrolblock bestehen. Beide Blöcke wurden mittels lebender Polymerisation synthetisiert. Bei diesem Kettenwachstum ist die Fähigkeit zum Abbruch eines wachsenden Polymers entfernt worden. Das Team setzte diese Hybrid-Blockcopolymere zur Bildung von Nanokugeln, Mehrkammer-Mizellen, torusförmigen Mizellen und Zylindernetzen ein, indem die Konzentration der Polymere verändert wurde. AP-GAC absolvierte mit der Vorführung der Selbstorganisation von Diblock-Blockcopolymeren auf Basis von Polyphosphazen alle Forschungsziele mit Erfolg und erzeugte eine Vielzahl von neuartigen Nanostrukturen. Die Resultate wurden vielfach veröffentlicht. Sie werden die Innovation in Form potenzieller Anwendungen dieser neuartigen Materialien sowie zusätzlicher Materialien anspornen, die mit ähnlichen Verfahren herzustellen sind.
Schlüsselbegriffe
Blockcopolymere, Monomer, Polymer, Selbstorganisation, Nanostruktur, Polyphosphazene, Diblock, Polystyrol, Polystyren, chiral, Vesikel, mesoporöse Filme, Mizellen
