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Projekt
Schaltbare, bistabile Mikroaktuatorsysteme aus stimuli-responsiven Polymeren
Antragstellerinnen
Professorin Eva Blasco, Ph.D.; Professorin Dr. Christine Selhuber-Unkel
Fachliche Zuordnung
Mikrosysteme
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424614922
Stimuli-responsive Hydrogele sind attraktive Materialien für Mikroaktorsysteme in der Mikrofluidik. Dies liegt einerseits an ihrer Verdruckbarkeit in 3D, ihren einstellbaren Eigenschaften, aber auch daran, dass sie als weiche Materialien mit Zellen interagieren können. Derzeitige Mikroaktoren auf Basis von Hydrogelen sind jedoch in der Regel sehr einfach, und komplexe Eigenschaften, wie z. B. die Bistabilität, bleiben weitgehend ungenutzt. Dieser Forschungsbereich ist daher noch unausgereift und viele potenzielle Anwendungen wurden noch nicht realisiert. Aufbauend auf den Arbeiten der ersten Förderperiode, in der wir thermoresponsive PNIPAM Mikroaktoren charakterisiert und verbessert haben, schlagen wir hier eine neuartige Strategie vor, um bistabile Mikroaktorsysteme auf der Grundlage von Kombinationen aus thermoresponsiven/pH-reaktiven Hydrogelen und Formgedächtnispolymeren zu erreichen. Die Materialien werden mit Hilfe des Zwei-Photonen Laserdrucks als Mikroaktorsysteme mit hochkomplexen 3D Geometrien hergestellt, und ihre Reaktion auf externe Stimuli wird eingehend charakterisiert und auf die jeweilige Anwendung angepasst. Wir werden die Vor- und Nachteile der Verwendung von thermoresponsiven Hydrogelen zur Konstruktion von bistabilen Mikroaktorsystemen untersuchen, indem wir die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Mikroaktoren analysieren. Eine unserer Hypothesen ist, dass die Kombination von Formgedächtnismaterialien mit einem thermoresponsiven bzw. einem pH-responsiven Polymer genutzt werden kann, um Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Mikroaktoren auszunutzen und dadurch die Funktionalität des gesamten Mikroaktorsystems zu erhöhen. Letztendlich wollen wir demonstrieren, dass dynamische mikrofluidische Anwendungen durch ein System von Mikroaktoren aus verschiedenen Formen und Konfigurationen ermöglicht werden können. Dieses Konzept beinhaltet aktive Mikrokanalwände und responsive Mikroventile. Während handelsübliche Mikrofluidiksysteme durch ihre Herstellung vordefiniert werden, wird unser Mikroaktorsystem stattdessen auf aktiven Merkmalen beruhen, die dem Gesamtsystem durch die Kooperativität einzelner Mikroaktoren dynamische Flexibilität verleihen. Ähnliche Prinzipien werden wir für die Entwicklung von autonom reagierenden Zell- und Organoidkultursysteme verwendetn, bei denen pH-responsive Mikroventile den Fluss des Zellmediums regulieren. Der Erfolg dieses Projekts wird zu einer völlig neuen Dynamik und Selbstregulation von mikrofluidischen Systemen führen, was deren Anwendbarkeit und den Durchsatz dieser Systeme in vielen Anwendungen erhöhen wird.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
