http://www.tu-ilmenau.de

Logo TU Ilmenau


Ihre Position

INHALTE

Mikrofluidische Synthese von Multiskalen-Polymer-Kompositpartikeln

Mikrofluidische Synthese von Multiskalen-Polymer-Kompositpartikeln

Antragsteller: Prof. Dr. J. M. Köhler, TU Ilmenau

Das Gesamt-Vorhaben hat das Ziel, eine allgemeine Strategie für die Synthese von Multiskalen-Polymer-Kompositpartikeln zu entwickeln, in denen anorganische und organische Nanopartikeln in spezielle Domänen von Polymermikropartikeln eingebaut werden. Solche Partikel könnten in Zu-kunft z.B. als Mikromarker, als primäre Mikrotransducer und als Kombinationskatalysatoren An-wendung finden. Im Fortsetzungszeitraum sollen die erfolgreichen Schritte zum Aufbau von zu-sammengesetzten Partikeln mit zwei und drei Organisationsniveaus auf bis zu fünf Organisations-niveaus übertragen werden. Dabei sollen wiederum kontinuierliche Mikrodurchflussverfahren zum Einsatz kommen. Diese dienen zum einen dazu, Multi-Domänen-Polymermikropartikel herzustel-len, zum anderen die einzubauenden organischen und anorganischen Nanopartikel mit wohldefi-nierten Geometrien, Zusammensetzungen und engster Größenverteilung zu präparieren. Die Komposit-Mikropartikel werden nach Vernetzung von Multidomänentropfen bzw. Mikrofluidseg-menten vorzugsweise durch photochemische Polymerisation der Matrix innerhalb von Mikrokapilla-ren bzw. Mikrokanalreaktoren erhalten. Die erforderliche Regularität wird durch die hochreprodu-zierbare Fluiddynamik bei der Generierung und den Transport von Mikrofluidsegmenten und Trop-fen, durch Cross-Flow, Co-Flow und Flow-Fokussing-Anordnungen erreicht.

Für die Gewährleistung der Stabilität der kolloidalen Lösungen und zur Unterdrückung der uner-wünschten spontanen Aggregation von Nano- und Mikropartikeln soll das Prinzip der gezielten Einstellung von Ladungsverhältnissen durch entsprechende Oberflächenfunktionalisierung genutzt werden, das sich bereits in der ersten Projektphase bewährt hat. Die Oberflächenkopplung von Molekülionen, die gezielte Reduktion von Oberflächenladungen und die Überkompensation von Ladungen durch Bindung von antagonistisch geladenen polyionischen Molekülen werden auch eingesetzt, um eine gesteuerte Aggregation einer begrenzten Anzahl von Partikeln zu größeren Partikeln zu erreichen. Auf diese Weise soll es möglich werden, Mikropartikeln mit hierarchisch organisierten Domänen ("nested internal substructures"), die jeweils kleinere Untereinheiten integ-rieren in vier und mehr Organisationsniveaus herzustellen. Dafür sollen Sätze der kleinsten Partikel (Nanopartikel im Größenbereich zwischen etwa 2 und 20 nm) zunächst gezielt durch in-situ-Interaktion assembliert werden. Diese Assemblate werden dann durch elektrostatische Wechsel-wirkung oder nach Oberflächenfunktionalisierung durch kovalente Kopplung in Partikel im Submik-rometerbereich (etwa 150 bis 500 nm) eingelagert. Durch die gleichen Wechselwirkungsprinzipien werden auch Assemblate dieser Submikropartikel erzeugt, die ihrerseits durch mikrofluidische Me-thoden in größere Partikel (Mikropartikel mit Durchmessern von etwa 50 bis 800 µm) eingelagert, in Partikelhüllen immobilisiert oder auf Mikropartikeloberfläche gebunden werden können. Auf diese Weise soll es möglich werden, zusammengesetzte Mikropartikel mit bis zu fünf Organisations-ebenen zu erzeugen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es zu zeigen, dass sich hierarchisch auf-gebaute Partikel unterschiedlicher Zusammensetzung auf der Grundlage dieser allgemeinen Stra-tegie auf Basis kontinuierlicher Mikrodurchflussprozesse erzeugen lassen. Die Synthesen sollen auch demonstrieren, dass mikroreaktionstechnischen Anordnungen und Methoden gut geeignet sind, um völlig neue Typen von Kompositmaterialien zu erzeugen. Damit soll ein wichtiger Beitrag zum „bottom-up-Konzept“ und zur Nutzung der Möglichkeiten der großen kombinatorischen Vielfalt für zusammengesetzte Partikel im Nano- und Mikrometerbereich geleistet werden.

Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unter dem Geschäftszeichen KO 1403/39-3 gefördert.