Rasterkraftmikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Dimension Icon Scanning Probe Microscope wird am Lehrstuhl für Biomaterialien und Polymerwissenschaften der TU Dortmund hauptsächlich zur Charakterisierung der Nanostruktur von Polymernetzwerken eingesetzt. Hierbei stehen vor allem die Zusammensetzung und die ausgebildeten Strukturen der Netzwerke im Vordergrund. Der Tapping-Modus (oder Intermittent Contact Mode) wird eingesetzt um die unterschiedlichen hydrophilen und hydrophoben Phasen von amphiphilen Polymerconetzwerken (APCNs) zuordnen zu können. Anhand dieser Aufnahmen können andere Analytikergebnisse, wie z.B. aus Quellungsmessungen der Netzwerke belegt und einordnet werden. Das AFM wird zur Strukturaufklärung unterschiedlich synthetisierter APCNs herangezogen. Es wurden unter anderem APCNs ausgehend von niedermolekularen Acrylaten und Makromonomeren radikalisch hergestellt. Die Polymernetzwerke können mit Enzymen beladen werden und die Netzwerke wurden vor und nach Beladung mittels AFM Messungen untersucht. Die Polymernetzwerke werden als Enzymträger in organischen Lösungsmitteln eingesetzt. Weitere APCNs wurden in zusätzlichen Arbeiten mechanisch zerkleinert, um die spezifische Aktivität der enzymbeladenen Polymernetzwerkpartikel zu steigern. Die Polymerconetzwerke wurden vor deren Zerkleinerung ebenfalls mittels Rasterkraftmikroskopie charakterisiert. Ganz generell wird seit der Anschaffung des Rasterkraftmikroskopes am Lehrstuhl, dieses regelmäßig als Analytikmethode zur Charakterisierung von Polymernetzwerken und im speziellen von APCNs eingesetzt. Der Zusammenhang zwischen Quellungseigenschaften, Nanostruktur und der Methode der Polymernetzwerksynthese wurde am Beispiel von endgruppenmodifizierten Polymeren unterschiedlicher Polymerarchitektur durchgeführt. Die AFM Aufnahmen im Tapping-Modus der unterschiedlichen APCNs zeigen dabei in allen Fällen nanophasenseparierte Polymernetzwerke mit Phasen im Bereich von 15-25 nm. Zusätzlich wurden Quellungsversuche der Netzwerke durchgeführt, bei denen der unterschiedliche Aufbau der Polymernetzwerke wesentlich deutlichere Auswirkungen gezeigt hat. In aktuellen Untersuchungen werden weitergehende AFM-Untersuchungen an Referenz APCNs durchgeführt, um die unterschiedlichen Ergebnisse aus Quellungsmessungen und AFM-Analytik besser einordnen zu können. Die Struktur von Shape-Memory Polymeren wurde mithilfe des Rasterkraftmikroskops im programmierten und nicht programmierten Zustand untersucht. Hierzu wurden Aufnahmen eines Tripple-Shape-Memory Polymers bestehend aus LDPE, HDPE und eines Ethylen-1-Octen Copolymers vor dessen Programmierung bei unterschiedlichen Temperaturen (25-140 °C) aufgenommen. Die teilkristallinen Bereiche der Polymer-Blends konnten dabei beobachtet und den jeweiligen Polymeren zugeordnet werden. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. C. Patrickios konnten nahezu ideale APCNs untersucht werden, die auf Grundlage von Gruppentransferpolymerisationsmethoden hergestellt werden. Diese Polymernetzwerke haben ausgeprägte geordnete Polymerphasen innerhalb der Netzwerke gezeigt (Veröffentlichung in Vorbereitung). Zusätzlich wird die Oberflächenbeschaffenheit und die Rauigkeit von abgeschliffenen Metallproben mittels ScanAsyst untersucht. Der ScanAsyst-Modus findet am Lehrstuhl bei der Untersuchung von Polymerphasen seinen Einsatz, die mittels Elektrospinning hergestellt werden. Die räumliche Struktur und die Dimensionen der Polymerfasern kann mittels AFM überprüft und gemessen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Synthesis and characterization of chiral and thermo responsive amphiphilic conetworks. Polymer 51. 35-45 (2010)
J. Tobis, Y. Thomann, J.C. Tiller
- Amphiphilic polymer conetworks as chiral separation membranes. Journal of Membrane Science 372, 219-227 (2011)
J. Tobis, L. Boch, Y. Thomann, J.C. Tiller
- Contact-Active Antimicrobial and Potentially Self-Polishing Coatings Based on Cellulose. Macromolecular Bioscience 11,111-121 (2011)
A.M. Bieser, Y. Thomann, J.C. Tiller
- Amphiphilic Polymer Conetworks Derived from Aqueous Solutions for Biocatalysis in Organic Solvents. Polymer 53 (3), 701-707 (2012)
S. Dech, V. Wruk, C.P. Fik, J.C. Tiller
- Impregnated amphiphilic polymer conetwork membranes for chiral separation. Polymer Preprints ACS 53 (1), 105-106 (2012)
M. Thiel, M. Milbradt, G. Cordes, J.C. Tiller
- Amphiphilic Polymer Conetworks Based on End Group Cross-Linked Poly(2-oxazoline) Homo- and Triblock Copolymers. Macromolecules 46 (9), 3234-3245 (2013)
C. Krumm, S. Konieczny, G.J. Dropalla, M. Milbradt, J.C. Tiller
- Investigations on Diffusion Limitations of Biocatalyzed Reactions in Amphiphilic Polymer Conetworks in Organic Solvents. Biotechnoloay and Bioengineering 110 (9), 2333-2342 (2013)
I. Schonfeld, S. Dech, B. Ryabenky, B. Daniel, B. Glowacki, R. Ladisch, J.C. Tiller
- Star-shaped Poly(styrene)-block-Poly(4-vinyl-N-methylpyridiniumiodide) for semipermanent antimicrobial coatings. Macromolecular Bioscience 13 (10), 1447-1455 (2013)
F. Siedenbiedel, A. Fuchs, T. Moll, M. Weide, R. Breves, J.C. Tiller
- Tunable Multiple-Shape Memory Polyethylene Blends. Macromolecular Chemistry and Physics 214 (23), 2725-2732 (2013)
R. Hoeher, T. Raidt, C. Krumm, M. Meuris, F. Katzenberg, J.C. Tiller
- Impact of the configuration of a chiral, activating carrier on the enantioselectivity of entrapped lipase from Candida rugosa in cyclohexane. Biotechnology Letters (2014)
J. Tobis, J.C. Tiller
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10529-014-1519-0)
