Fusion von Core-Shell-Polymerkapseln zur Herstellung von Modell-Nanoreaktoren

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Schönherr
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426581719

In der Natur finden viele chemische Reaktionen in räumlich begrenzten Umgebungen statt. Solche Reaktionen können beispielsweise in Zellen zeitlich und räumlich gekoppelt sein. Produkte einer bestimmten Reaktion, die in einer Reaktionskammer ausgeführt werden, sind oft die Reaktanden oder Katalysatoren eines nachfolgenden Prozesses. In Multikompartmentsystemen können auch inkompatible Reaktionen gleichzeitig realisiert werden. Künstliche Kern / Schale-Mikro- und -Nanokapseln wurden bislang hauptsächlich durch Selbstorganisation von amphiphilen Blockcopolymeren als polymere Vesikel (Polymersomen) oder durch sog. Layer-by-Layer Deposition von Polyelektrolyten auf Feststoffpartikeln hergestellt. In FUSION-CAPS wird ein neuer Ansatz zur Realisierung von neuartigen Nanocontainern durch Fusion von Kapseln mit entgegengesetzter Ladung im Detail untersucht, der auf Kapseln basiert, die durch Selbstorganisation von amphiphilen Polyelektrolyten mit kammartiger Pfropfstruktur um Öltröpfchen gebildet werden. Die Ziele von FUSION-CAPS bestehen insbesondere darin, (1) den Mechanismus der Bildung und die Eigenschaften von in Wasser dispergierten, ölgefüllten Core-Shell-Polymer-Nanokapseln zu verstehen, (2) den Mechanismus der Fusion solcher Nanokapseln mit entgegengesetzten Ladungen zu Nanoreaktoren aufzuklären sowie die Faktoren, die den Prozess bestimmen, und (3) die begrenzten hydrophoben Umgebungen, die durch die Kapselfusion erzeugt werden, zur Durchführung ausgewählter chemischer Reaktionen zu nutzen. Der hier vorgeschlagene neue Ansatz zur Herstellung von Nanoreaktoren durch Fusion ölgefüllter Nanokapseln wird wichtige grundlegende Einblicke in die Dynamik des Fusionsprozesses der Polymeraggregate ermöglichen und verspricht eine außerordentliche Kontrolle von stabilen, in Wasser dispergierten hydrophoben Reaktionsumgebungen. In FUSION-CAPS befassen wir uns daher zielgerichtet mit der Herstellung von mit Reagenzien beladenen Kapseln, die nach der Fusion als Nanoreaktoren dienen und deren Eigenschaften systematisch auf die gewünschten Reaktionen zugeschnitten werden können. Für ausgewählte fusionierte Kapseln werden Modellprozesse, wie die Energieübertragung und Löschung des angeregten Zustands von Farbstoffen durch Kollisionen, sowie "Click" - und Diels-Adler-Reaktionen unter anderem mittels Fluoreszenzspektroskopie und zeitaufgelöster Fluoreszenzmikroskopieverfahren im Detail untersucht. Schließlich wird der Einfluss des Confinements aufgrund der begrenzten Abmessungen und Eigenschaften der Nanoreaktoren auf diese Reaktionen aufgeklärt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Mitverantwortlich: Dr. Sergey I. Druzhinin
• Kooperationspartner: Professor Dr. Szczepan Zapotoczny