Studien zur Herstellung, Charakterisierung und Anwendung von elektronenstrahlgehärteten polymeren Cryogelen
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projektes wurde eine Methode zur elektronenstrahlinduzierten Herstellung von Cryogelen entwickelt. Die wesentlichen Vorteile dieser Methode sind: der Verzicht auf organische Lösungsmittel, toxische Porenbildner und Initiatoren, die kurzen Reaktionszeiten und Skalierbarkeit der Materialien. Es wurden grundlegende Erkenntnisse zum Einfluss verschiedener Reaktionsparameter (wie chemische Zusammensetzung, Monomer- und Vernetzerkonzentration, Einfrierbedingungen und Energiedosis) auf die Morphologie und Eigenschaften elektronenstrahlgenerierter Cryogele erhalten. Diese wesentlichen Erkenntnisse sind: o Die Wahl der Monomere beeinflusst die Morphologie und mechanische Stabilität der Cryogele. o Die Implementierung von thermoresponsiven Eigenschaften ist möglich und nachgewiesen. o Die wesentlichen Einflussparameter während der Synthese sind die Einfrierbedingungen. Tiefere Einfriertemperaturen und langsame Kühlraten fördern die Bildung von kleinen Poren. Optimale Temperaturen liegen zwischen -10 und -30 °C. o Die Energiedosis während der Bestrahlung beeinftusst die Morphologie der Cryogele nicht wesentlich. o Mit der Zunahme der Monomer-/Vernetzerkonzentration sinken Anzahl der Poren, die Porendurchmesser und nimmt die Porenwanddicke zu. Dies resultiert in einer Zunahme der Steifigkeit. o Cryogelen lassen sich in verschiedenen Formaten von Kapillarsäulen bis zum 50 ml Format herstellen. o Durch einfache Co-Vernetzung von gesättigten funktionellen Polymeren sind reaktive Endgruppen inkorporierbar. o Es gelingt auf diese Weise Enzyme kovalent zu immobilisieren. Diese Enzymreaktoren weisen eine hohe Aktivität auf. o Polyethylenglycolcryogele sind nicht zelltoxisch. o Durch Verwendung von natürlichen Polymeren können cytokompatible Cryogele erzeugt werden, o Cryogele sind autoklavierbar. Aufgrund dieser vorteilhaften Eigenschaften sind elektronenstrahlgenerierte Cryogele interessant für Anwendungen in der Biotechnologie und Medizintechnik. Die großen miteinander verbundenen Poren garantieren den Nährstofftransport zu den Zellen und den Abtransport von toxischen Stoffwechselendprodukten.
Publications
- Electron-beam derived polymeric cryogels, Soft Matter, 2013, 9, 2484
S. Reichelt, C. Abe, S. Hainich, W. Knolle, U. Decker, A. Prager and R. Konieczny
(See online at https://doi.org/10.1039/c2sm27517a) - Biocompatible polysaccharide-based cryogels, Mat Sci Eng C, 2014, 35, 164
S. Reichelt, J. Becher, J. Weisser, A. Prager, U. Decker, S. Möller, A. Berg and M. Schnabelrauch
(See online at https://doi.org/10.1016/j.msec.2013.10.034) - Electron beam-induced immobilization of laccase on porous supports for waste water treatment applications. Molecules, 2014, 19, 11860-11882
E. Jahangiri, S. Reichelt, I. Thomas, K. Hausmann, D. Schlosser, A. Schulze
(See online at https://doi.org/10.3390/molecules190811860) - Electron-beam generated porous dextran gels: Experimental and quantum chemical studies. Int. J. Radiat Biol., 2014, 90 503
S. Naumov, W. Knolle, S. Reichelt, J. Becher, M. Schnabelrauch
(See online at https://doi.org/10.3109/09553002.2014.907933) - Studies on the formation and characterization of macroporous electron-beam generated hyaluronan cryogels, Radiat. Phys. Chem. 2014, 105, 69-77
S. Reichelt, S. Naumov, W. Knolle, A. Prager, U. Decker, J. Becher, J. Weisser, M. Schnabelrauch
(See online at https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2014.05.021) - Tailoring the structural properties of macroporous electron-beam polymerized cryogels by pore forming agents and the monomer selection, Rad Phys Chem, 2014, 94, 40
S. Reichelt, A. Prager, C. Abe and W. Knolle
(See online at https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2013.04.010)
