Hierarchische Strukturbildung von der molekularen Selbstorganisierung 2

• Antragsteller: Professor Dr. Motomu Tanaka
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258513149

Das Hauptziel des Projektes ist die Herstellung hierarchisch angeordneter molekularer Aggregate von perfluorinierten Amphiphilen in zwei und drei Dimensionen. Hierzu zählen im Besonderen planare Filme und Mikrobläschen, deren hierarchische Strukturbildung mit Hilfe von mechanistischen Untersuchungen besser verstanden werden soll. Dies ist eine Zusammenarbeit zwischen einer Arbeitsgruppe der Fluorkohlenstoff Chemie in Frankreich (Prof. M.P. Krafft) und einer Arbeitsgruppe der Physik der Weichen Materie in Deutschland (Prof. M. Tanaka).Perfluorinierte Amphiphile werden zu monodispersen Domänen mit Durchmessern von einigen 10 Nanometern angeordnet, welche hochorganisierte hexagonale Strukturen ausbilden. Das primäre Ziel dieses Projektes ist es, Größe und Ordnung dieser selbstorganisierten Nanodomänen zu kontrollieren und zu optimieren, um sie anschließend Mikrobläschen zu umgeben und als neuartige 3D Materialen zu verwenden. Um dieses Ziel zu erreichen, verfolgen wir zwei spezifische Ziele:Im ersten Schritt untersuchen wir Strukturen und mechanische Eigenschaften von zwei-dimensionalen Schichten, sog. Langmuir Monoschichten, Langmuir-Blodgett und rotationsbenetzten Multischichten, welche aus einer Mischung von perfluorinierten Amphiphilen und Kohlenwasserstoff-Ketten (z.B. Phospholipiden und Polymeren) bestehen. Hier erfolgt die Bestimmung des Einflusses der molekularen Struktur auf die hierarchische Ordnung im Hinblick auf: 1) die molekulare Ordnung innerhalb der Domänen, 2) Wechselwirkungen und Korrelationen zwischen Domänen innerhalb des Filmes, sowie 3) die mechanischen Eigenschaften des Filmes. Ferner lassen sich durch den Erkenntnisgewinn an zwei-dimensionalen Systemen Verbesserungen für die Herstellung stabiler 3D Systeme, wie z.B. Mikrobläschen, ableiten. Im zweiten Schritt werden Mikrobläschen umgeben von Nanodomänen präpariert, welche zuvor als 2D Filme studiert und optimiert wurden. Da perfluorinierte Alkylphosphate in wässriger Umgebung stabile Mikrobläschen formen, ist es möglich, den Einfluss der amphiphilen Struktur und Selbstanordnung auf die Materialeigenschaften zu bestimmen. Von zentralem Interesse sind dabei Eigenschaften, wie Ultraschallreflektivität, die Fähigkeit zur Generierung harmonischer Schwingungen und die Mechanik der Mikrobläschen. Die Erweiterung der Strategie von 2D auf 3D Systeme (Emulsionen und Bläschen) mittels weicher, flexibler Schalen, welche dynamische, druckerwidernde Eigenschaften besitzen, ist eine wichtige wissenschaftliche Herausforderung, die bis heute noch nicht wahrgenommen wurde. Ferner ist hervorzuheben, dass das mechanistische Verständnis der hierarchischen Strukturbildung von 2D Filmen mit Hilfe oberflächensensitiver Techniken den bestmöglichsten Weg darstellt, die vorgestellten Systeme zu optimieren. Schließlich antizipieren wir mit den Ergebnissen dieses Projektes zahlreiche Anwendungen von Mikrobläschen in der medizinische Diagnostik und Therapie realisieren zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Beteiligte Person: Professorin Dr. Marie Pierre Krafft