Adaptive Polymere nach dem Vorbild der Natur
Das Spüren von Veränderungen in der Umgebung und das Auslösen einer makroskopischen Reaktion tritt häufig auf molekularer Ebene auf, genauer gesagt auf der supramolekularen Ebene, als Ergebnis einer Verlagerung der supramolekularen dynamischen Gleichgewichte. Proteine, eines der wichtigsten natürlichen Polymere, spielen dabei eine entscheidende Rolle. Für die Entwicklung von synthetischen adaptiven Materialien müssen dann Konzepte aus der Polymerchemie mit denen der supramolekularen Chemie kombiniert werden. Das Projekt ADAPTPOLY (Adaptive polymer assemblies) hat Wissenschaftlern ermöglicht, die kovalenten Wechselwirkungen zu steuern, die notwendig sind, um Polymere aus einzelnen Monomeren zu bauen. Sie bauten dann supramolekulare Strukturen mehrerer maßgeschneiderter Polymere mit nicht-kovalenten Wechselwirkungen und Selbstorganisation. Hierarchische Struktur, also eine Struktur mit mehr als einer Längenskala, ist integral mit Funktion verbunden. Insofern ermöglicht die Steuerung der Selbstorganisation von hierarchisch strukturierten Materialien die Erstellung neuer Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften für bestimmte Anwendungen. Zyklische Moleküle wie Porphyrine und Cyclodextrine sind verbreitete Bausteine für supramolekulare Aggregate. Wissenschaftler von ADAPTPOLY nutzten diese, um neuartige supramolekulare Polymermaterialien zu schaffen. Eine Anzahl von Derivaten wurde von Forschern synthetisiert, die ihre Selbstorganisationsmechanismen und das Potential für weitere Modifikationen untersuchten. Eine wichtige Entwicklung sind polymere Thermometer, die eine Speicherfunktion haben, die aus der Steuerung der supramolekularen Wechselwirkungen resultiert. Selbstheilende Polymere stellen eine wichtige Art von der Natur inspirierter adaptiver Materialien dar, die sich nach einem mechanischen Schaden selbst reparieren können. Die spontane Selbstheilung mittels Bildung von dynamischen supramolekularen Strukturen ist ein viel beachtetes Thema on Forschung und Entwicklung geworden. ADAPTOLY produzierte Polymere, die supramolekulare Strukturen über elektrostatische Wechselwirkungen bilden und zu supramolekularen selbstheilenden thermoplastischen Elastomeren führen. Detaillierte Struktur-Morphologie-Eigenschafts-Beziehungen wurden in dieser neuen Klasse von supramolekularen Materialien identifiziert. Responsive Polymere wurden auch entwickelt, die Farbstoffmoleküle enthalten und eine sichtbare (Fluoreszenz) Verschiebung der pH-Ansprechempfindlichkeit in Gegenwart von Zucker schaffen. Dies wird zu einem neuen Glukosesensor führen. Weiterhin führten Arbeiten zu Block-Copolymeren zu einem System, das von löslichen Polymerketten zu Aggregationen (Mizellen) mit Veränderungen des pH-Werts übergeht, um eine kontrollierte Arzneimittelabgabe zu erreichen. Die Gründung der Supramolekularen Chemie-Forschungsgruppe an der Universität Gent durch ADAPTOLY wird sicherstellen, dass wichtige Beiträge zu dem wachsenden und sozioökonomisch wichtogen Gebiet der adaptiven Polymere auch lange nach dem Abschluss des Projekts geleistet werden.
Schlüsselbegriffe
Polymere, Polymer-Baugruppen, Selbstheilung, supramolekular, ADAPTPOLY, thermoplastische Elastomere
