Synthese von Membranen mit einstellbarer Permeabilität auf Basis eines externen magnetischen Feldes

“Intelligente” Materialien haben in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. In den Bereichen der “selbstheilenden” Materialien, der Herstellung neuartiger Sensoren und vor allem bei Materialien für den medizinischen Bereich wie zum Beispiel zum Zwecke der gezielten Wirkstoff-Freisetzung (drug delivery) wurden große Fortschritte gemacht. Eines der potentiell besten Materialien zur kontrollierten Wirkstofffreisetzung sind 2-dimensionale Membranen mit spezifischer Permeabilität. Bei diesen Membranen ist die Permeabilität für gewisse Wirkstoffe von der Porengröße abhängig. Dieses Projekt hat zum Ziel schaltbare Membranen aus quervernetzten Eisenoxid-Nanopartikeln herzustellen. Kombiniert man den Effekt der Wärmeproduktion von superparamagnetischen Nanopartikeln (NP) in einem oszillierenden magnetischen Feld (Néels Relaxation) mit einem durch Temperatur schaltbarem Polymer (PNIPAM), so ist es möglich Membranen herzustellen, deren Permeabilität über ein externes magnetisches Feld steuer- bzw. beeinflußbar ist. Das Anlegen eines magnetischen Feldes führt demnach zur Erwärmung der Nanopartikel und dies zu einer sofortigen Kontraktion der Polymerketten (Temperatur induzierter Kollaps). Aufgrund der kollabierten Polymer Ketten verändert sich die Porengröße direkt und damit auch die Permeabilität der gesamten Membran. Um praktisch einsetzbare Membranen zu erhalten sind einige wichtige Grundvoraussetzungen zu erfüllen. Man benötigt unter anderem sehr stabile Partikel und eine kontrollierbare Porengröße. Durch den Einsatz einer neuartigen Stabilisierungsmethode für Eisenoxidnanopartikel (Lit 2) und deren nachfolgender Modifikation mit einem Initiator für die darauf folgende Polymerisation von PNIPAM, ist es möglich Partikel mit extrem verbesserter Stabilität als bisher beschrieben herzustellen. Durch Einsatz von oberflächeninduzierten, lebenden Pfopf-Polymerisationen (surface initiated „grafting from“ polymerization1) ist es möglich sehr reproduzierbare Polymerarchitekturen mit (a) definierter Polymerkettenlänge; (b) definierter Polymerkettendichte auf der Partikel Oberfläche und (c) kontrollierbare Ketten-Endgruppen zu erzeugen. Diese Endgruppen werden chemisch modifiziert und können direkt zur Quervernetzung (UV Licht) eingesetzt werden. Selbstassemblierungskräfte der Partikel an Phasengrenzflächen (Öl-Wasser) führen zu geordneten und wohl-definierten Strukturen. Das Quervernetzen dieser Strukturen führt zu stabilen Membranen mit sehr genau vordefinierten Eigenschaften. Diese Eigenschaften sollen im Zuge dieses Projektes genau ermittelt werden und die Auswirkung externer Stimuli (Temperatur, magnetische Felder) sollen benutzt werden um die Permeabilität der Membranen exakt zu kontrollieren.