Kontrolle von Vesikelsystemen mit Hilfe amphiphiler Copolymerer

• Applicant: Professor Dr. Michael Gradzielski
• Subject Area: Chemical and Thermal Process Engineering
• Term: from 2007 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 43885332

Vesikel sind technisch außerordentlich wichtige kolloidale Systeme deren Struktur und Eigenschaften sehr stark variieren können. Oft handelt es sich bei ihnen um metastabile Systeme, die durch den Bildungsprozess und Additive beeinflusst werden. Im Rahmen dieses Projektes wird speziell der Einfluss amphiphiler Polymere auf Tensidvesikel betrachtet mit der Zielsetzung der Kontrolle von Struktur und Eigenschaften über Menge und Art an zugesetztem Polymer, wobei hier sowohl Blockcopolymere als auch amphiphil modifizierte Polymere verwendet werden. Die zu untersuchenden Vesikel unterschiedlichen molekularen Aufbaus (katanionisch, Seifen, Phospholipide, Diesterquats, etc.) wurden in der ersten Antragsphase umfassend charakterisiert und decken einen breiten Bereich unterschiedlicher Ladungsbedingungen (nichtionisch, kationisch, anionisch) und Stabilisierungsmechanismen ab. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, generelle und spezifische Kriterien für den Einfluss amphiphiler Polymere zu erarbeiten, speziell hinsichtlich der Art ihres Einbaus in die Vesikelmembran. Die strukturelle Charakterisierung der vorliegenden Vesikelysteme erfolgt hauptsächlich mit Hilfe von Lichtstreuung, Röntgen- und Neutronenstreuung und ζ-Potenzial Messungen, während makroskopisch primär die Stabilität und Rheologie untersucht wird. Neben dem statischen Verhalten sind insbesondere der Bildungsprozess und dabei auftretende intermediäre Strukturen außerordentlich wichtig, da sie oftmals maßgeblich für die gebildeten Vesikel und auch deren Stabilität sind. Eine systematische Kontrolle von Struktur und Eigenschaften ist also nur möglich, wenn der Bildungsprozess der Vesikeldispersionen genau verstanden ist. Ein zentrales Ziel des Projektes ist das Verständnis der Mechanismen bei der Vesikelbildung in Gegenwart amphiphiler Copolymere und daraus resultierend die Möglichkeit zur Steuerung und Kontrolle der erhaltenen Vesikel über den Zusatz amphiphiler Polymere sowie weiterer Herstellungs- oder Modifikationsprozesse wie Extrusion oder Ultraschallbehandlung. In der zweiten Antragsphase werden nun speziell Copolymere mit hydrophoben Seitenketten unterschiedlicher Architektur sowie Gradientencopolymeren hinsichtlich ihres Einflusses auf Vesikelsysteme untersucht. Eine andere Zielrichtung sind höherkonzentrierte bzw. dichtgepackte Vesikelsysteme (Vesikelgele) und der Einfluss von Polymeren auf ihre Theologischen und strukturellen Eigenschaften mit dem Ziel. der Modifikation dieser Eigenschaften durch kleine Mengen an zugesetztem Polymer. Ein anderer Aspekt betrifft den Einfluss der Anwesenheit von Polymer auf die Permeabilität der Vesikelmembranen, d. h. einer dynamischen Eigenschaft der Vesikel, was durch Permeationsexperimente untersucht und mit den biegeelastischen Eigenschaften der Membranen (Kombination von SANS und NSE Experimenten, bzw. Deformation im Scherfeld) korreliert werden soll. Dadurch wird das Verständnis der Beeinflussung von Vesikelsystemen durch amphiphile Polymere hinsichtlich ihrer dynamischen Eigenschaften erweitert. Die elastischen Eigenschaften der amphiphilen Doppelschicht ermöglichen eine systematische Interpretation des dynamischen Verhaltens und damit auch der Stabilität. Durch die Kombination all der unterschiedlichen Ergebnisse erwarten wir ein wesentlich vertieftes Verständnis dieser komplexen Systeme, bei dem Theologische, strukturelle und kinetische Aspekte vereint werden und diese auf Basis des molekularen Aufbaus von Polymer und Tensid erklärt.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1273: Colloid Process Engineering