Amphiphile Fouling-Resistente Oberflächen basierend auf Janus Partikeln

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozentin Dr. Alla Synytska; Professor Dr. Carsten Werner
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Biomaterialien ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427156823

Biofouling hat erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen auf eine Vielzahl von Anwendungen und Industrien. In einem aktuellen Ansatz zur Herstellung von Biofouling-beständigen Oberflächen, kommen Blockcopolymere zum Einsatz welche hydrophile und hydrophobe Komponenten in ihrer Molekülstruktur vereinen und dadurch nanoskalige chemische Domänen mit gegensätzlichen Oberflächenenergien (amphiphile Oberflächen) bilden. Mit Hilfe gängiger Ansätze zur Herstellung von amphiphilen Oberflächen kann jedoch weder die Oberflächentopographie noch die Größe und der Abstand der chemischen Domänen kontrolliert und/oder variiert werden. Ein systematischer Ansatz bei dem der Einflusses von chemischer Domänengröße und Topographie amphiphiler Oberflächen auf deren Biofouling-Beständigkeit untersucht wird könnte das Zusammenspiel dieser Parameter bei der Steuerung von Bioadhäsions-Prozesse aufklären und zur Entwicklung effizienterer Antifouling Oberflächen beitragen.Das beantragte Projekt hat daher zum Ziel, eine neuartige, skalierbare Strategie für das Design amphiphiler Oberflächen mit kontrollierter Biofouling-Beständigkeit unter Verwendung Polymer-funktionalisierter Kolloidpartikeln als oberflächenimmobilisierte Grundbausteine zu entwickeln. Dabei sollen amphiphile Oberflächen entweder unter Verwendung von Partikeln die mit hydrophilen oder hydrophoben Polymerketten an ihren gegenüberliegenden Seiten beschichtet sind (Janus-Partikel) oder Mischungen homogen hydrophil/hydrophob funktionalisierter Partikel hergestellt werden. Durch Variation der Partikelgröße können Oberflächen mit chemischen Domänen im Nano- bis Mikrometermaßstab und einer definierten nano- bis mikro-rauen Topographie hergestellt werden. Die Eignung der entwickelten Oberflächen, die Adhäsion verschiedener Bakterienarten zu inhibieren, soll unter Verwendung von Hochdurchsatz-Bulk- sowie Einzelzell-Assays getestet werden. Diese Methodenkombination wird sowohl die schnelle und effiziente Identifizierung optimaler Partikelparameterkombinationen erleichtern als auch dazu beitragen, die Leistung der entworfenen Oberflächen weiter zu optimieren. Zudem können mechanistische Einblicke in das derzeit schlecht definierte Arbeitsprinzip amphiphiler Oberflächen gewonnen werden. Auf Basis der gewonnenen experimentellen Daten soll ein Modell zur Erklärung (und Verallgemeinerung) synergistischer chemischer und topographischer Effekte auf die Antifouling Eigenschaften der partikel-basierten Oberflächen entwickelt werden. Dabei werden in dem Projekt komplementäre Expertisen der beteiligten Arbeitsgruppen zur (i.) Partikelpräparation und Polymer/Partikel-Hybridmaterialien (Synytska) sowie (ii.) Biofunktionellen Polymermaterialien und deren Anwendung zur Steuerung von Biogrenzflächenphänomenen (Friedrichs/Werner) kombiniert. Das Fernziel des vorgeschlagenen Projekts ist es, eine Grundlage für das rationale Design robuster und skalierbarer Biofouling-beständiger Oberflächen zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen