Project to further develop the University of Kassel's research profile

Multifunctional Anisotropically Shaped Hybrid Particles (MASH)


Project Details
Project duration: 20182020


Abstract

Mikro- und Nanopartikel aus Polymeren besitzen eine Vielzahl von Anwendungen in flüssiger
Umgebung, bspw. als Molekültransporter, Mikrosensoren oder Kontrastmittel in der
medizinischen Diagnostik. Dabei werden typischerweise sphärische oder geometrisch
komplexere Partikel (sog. Beads) eingesetzt, deren physikalische Eigenschaften auf eine
bestimmte Funktion (d.i. eine physikalische Antwort auf einen bestimmten physikalischen
Anreiz) hin optimiert worden sind. Meistens werden Beads chemisch durch reaktive
molekulare Gruppen an ihrer Oberfläche funktionalisiert, die als Bindungstellen für Analyte
dienen. Die sphärische Geometrie der Beads hat im Gegensatz zu
nichtsphärischen/anisotrop geformten Partikeln gravierende Nachteile für die Anwendung als
Medikamententräger, da die Strömungseigenschaften und Größendispersion dieser Beads
keine spezifische Anreicherung in betroffenem Geweben ermöglichen. Die Entwicklung von
Herstellungsmethoden für multifunktionale anisotrop geformte Partikel, die mehrere definierte
physikalische oder chemische Eigenschaften miteinander kombinieren ist kaum adressiert.
Das hier vorgeschlagene Projekt soll daher einen Forschergruppenantrag vorbereiten, in
dem 3 grundlegende Aspekte bei der Herstellung solcher Mikro- und Nanopartikeln
untersucht werden sollen: 1) Die Entwicklung von Herstellungsmethoden für geometrischdefinierte,
nichtsphärische Partikel und 2) die Integration von mehreren definierten
Funktionselementen in oder auf der Oberfläche der Partikel sowie 3) die Wechselwirkung
zwischen den Funktionselementen in Abhängigkeit von der Geometrie. Perspektivisch
können Funktionen auch „intelligent“ gemacht werden, in dem die Antworten der Partikel auf
externe Anreize abhängig von Umgebungseigenschaften (Temperatur oder pH-Wert der
Flüssigkeit) unterschiedlich ausfallen und sog. Multifunctional Anisotropically Shaped Hybrid
(MASH)-Particles hergestellt werden. Im hier beantragten Projekt wollen wir zur Vorbereitung
des Forschergruppenantrags mit der Herstellung und Charakterisierung von Partikeln
definierter Geometrie durch Nanoimprint beginnen, die eine Kombination magnetischer und
optischer Funktionen aufweisen. Bisher konnte in einer Kooperation der antragstellenden
Arbeitsgruppen die grundsätzliche Machbarkeit eines solchen Ansatzes an quaderförmigen
Polymer-Host-Europium(III)oxid-Gast Nanoimprint Partikeln gezeigt werden, die definierte
optische und magnetische Eigenschaften besitzen. Die Spezialgebiete der Antragsteller
(Hillmer: Nanoimprint, Pietschnig: molekulare Materialien, Ehresmann: Partikeltransport)
ergänzen sich dabei ideal und besitzen international Alleinstellungsmerkmale. Im Laufe
dieses Zukunftsprojekts wird das Konsortium durch geeignete z.T. derzeit schon identifizierte
Partner ergänzt, um die personelle Sollstärke einer Forschergruppe zu erreichen. Alle
involvierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Konsortiums sind Mitglieder des
Center for Interdisciplinary Nanostructure Science and Technology (CINSaT) und kombinieren ihre Expertise aus den Bereichen der Physik, Chemie und den
Ingenieurswissenschaften, um den bereits existierenden universitären Schwerpunkt
Nanostrukturwissenschaften zu stärken.



Co-Investigators

Last updated on 2019-10-07 at 10:53