SPP 1259:
Intelligente Hydrogele
Fachliche Zuordnung
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Chemie
Förderung
Förderung von 2006 bis 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 22566691
Erstellungsjahr
2015
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Hydrogele sind hydrophile Polymernetzwerke, die auf Eigenschaftsänderungen ihrer Umgebung (z.B. von Temperatur, pH-Wert, Konzentration dritter Stoffe oder eines elektrischen Feldes) reagieren, indem sie quellen bzw. schrumpfen. Sie werden daher auch als „intelligente“ Materialien bezeichnet. Diese Fähigkeit zur stimulierbaren Volumenänderung verleiht den Hydrogelen ein hohes Entwicklungspotential als zukunftsträchtige Funktionswerkstoffe. Eine wichtige Voraussetzung hierfür ist jedoch zunächst die Kenntnis der Zusammenhänge von molekularer Struktur und Anwendungseigenschaften zur gezielten Herstellung von Hydrogelen mit gewünschten Eigenschaften. Ziel des Schwerpunktprogramms war es daher (1) neue Hydrogele mit gezielt einstellbaren Eigenschaften zu synthetisieren, (2) neue Methoden zur Messung und Modellierung der Hydrogel-Eigenschaften zu erarbeiten und (3) neue Hydrogel-Anwendungen zu etablieren.
Zur Erreichung dieser Ziele haben während der Gesamtlaufzeit von 6 Jahren insgesamt 41 Arbeitsgruppen aus den Gebieten Chemie, Physik, Werkstoffwissenschaften, Maschinenbau und Verfahrenstechnik zusammengearbeitet. Im Ergebnis wurde eine Vielzahl neuer Hydrogel-Systeme synthetisiert und eingehend hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Anwendungseigenschaften charakterisiert, darunter Hydrogele aus neuartigen Polymeren bzw. Polyelektrolyten, physikalische Hydrogele, strukturierte Hydrogele mit hoher mechanischer Stabilität sowie Komposit-Materialien aus mehreren Hydrogelen oder aus Hydrogelen mit anderen Materialien, z.B. Metall-Partikeln. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Anwendungseigenschaften dieser Gele durch ihre chemische Zusammensetzung und Struktur gezielt beeinflussen lassen.
Zur Modellierung des Quellverhaltens von Hydrogelen aufgrund thermischer, chemischer und elektrischer Einflüsse wurden analytische Modelle und Kraftfelder für molekulare Simulationen entwickelt, mit denen eine Abbildung und Erklärung der wesentlichen Phänomene in chemisch vernetzten Hydrogelen ebenso wie der Bildung physikalisch vernetzter Hydrogele gelang.
Es wurde gezeigt, dass sich die neu entwickelten Hydrogele für zahlreiche Anwendungen eignen, z.B. für Biosensor-Systeme, controlled-release Systeme, als Nanoreaktoren, zur Modifikation von Oberflächen, zur Aufkonzentration von Analyten oder zur Abtrennung unerwünschter Stoffe.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
New Approach to the Synthesis of Polyacrylamide in Miniemulsified Systems, Macrol. Rapid Commun. 2006, 27, 1900-1905
I. Blagodatskikh, V. Tikhonov, E. Ivanova, K. Landfester, A. Khokhlov
-
Local and Global Dynamics of Transient Polymer Networks and Swollen Gels Anchored on Solid Surfaces, J. Phys. Chem. C. 2007, 111, 13205
M. Gianneli, P. Beines, R. Roskamp, K. Koynov, G. Fytas, W. Knoll
-
Surface grafting of PEO-based star shaped molecules for bioanalytical and biomedical applications. Macromolecular Bioscience 2007, 7, 1010
P. Gasteier, A. Reska, P. Schulte, J. Salber, A. Offenhäusser, M. Moeller, J. Groll
-
Tuning the Thermoresponsive Properties of Weak Polyelectrolytes: Aqueous Solutions of Star-Shaped and Linear Poly(N,N-dimethylaminoethyl methacrylate), Macromolecules 2007, 40, 8361
F.A. Plamper, M. Ruppel, A. Schmalz, O.V. Borisov, M. Ballauff, A.H.E. Müller
-
Thermoresponsive surfaces by spin-coating of PNIPAM-co-PAA microgels. A combined AFM and ellipsometry study, Polymer 2008, 49, 749 - 756
S. Schmidt, H. Motschmann, T. Hellweg, R. von Klitzing
-
Hydrogel research in Germany: the Priority Programme, "Intelligent Hydrogels" SPIE Proc. of Smart Structures and Materials 2009: Electroactive Polymer Actuators and Devices 2009, 7287, 728704-1-728704-10
T. Wallmersperger, G. Sadowski
-
Magnetic Capsules and Pickering Emulsions Stabilized by Core−Shell Particles, Langmuir 2009, 25 (13), 7335-7341
A. Kaiser, T. Liu, W. Richtering, AM Schmidt
-
Synthesis of symmetrical triblock copolymers of styrene and N-isopropylacrylamide using bifunctional bis(trithiocarbonate)s as RAFT agents, Macromol. Chem. Phys. 2009, 210, 565-578
A.M. Bivigou-Koumba, J. Kristen, A. Laschewsky, P. Müller-Buschbaum, C.M. Papadakis
-
Effect of Finite Extensibility on the Equilibrium Chain Size, Macromol. Theory Simul. 2010, 19, 414-420
B. Miao, T. A. Vilgis, S. Poggendorf, G. Sadowski
-
Thermoresponsive copolymer hydrogels on the basis of N-isopropylacrylamide and a non-ionic surfactant monomer: swelling behaviour, transparency and rheological properties, Macromolecules 2010, 43, 9964
T. Friedrich, B. Tieke, F. Stadler, C. Bailly, T. Eckert, W. Richtering
-
Probing mobility and structural inhomogeneities in grafted hydrogel films by fluorescence correlation spectroscopy, Soft Matter 2011, 7, 7042-7053
R. Raccis, R. Roskamp, I. Hopp, B. Menges, K. Koynov, U. Jonas, W. Knoll, H.-J. Butt, G. Fytas
-
Magnesium ions and alginate do form hydrogels: a rheological study, Soft Matter 2012, 8, 4877–4881
Topuz, F., Henke, A., Richtering, W., Groll, J.
-
Sodium NMR Relaxation – A Versatile Non-invasive Tool for the Monitoring of PhaseTransitions and the Estimation of Effective Pore Sizes of Supramolecular Hydrogels, Progress in Colloid and Polymer Science 2013, 140, 45-51
Raue, M., Bernet, A., Küppers, M., Stapf, S., Schmidt, H.-W., Blümich, B., Mang, T.
-
Visualization of hydrogel shrinkage due to ion replacement by 27Al and 23Na magnetic resonance imaging, Progress in Colloid and Polymer Science 2013, 140, 35-43
M. Raue, J. Martins, M. Küppers, T. Mang, B. Blümich, S. Stapf
-
Inner structure of adsorbed ionic microgel particles, Langmuir 2014, 30, 7168-7176
Wellert, S., Hertle, Y., Richter, M., Medebach, M., Magerl, D., Wang, W., Deme, B., Radulescu, A., Müller-Buschbaum, P., Hellweg, T., von Klitzing, R.
-
Piezoresistive chemical sensors based on functionalized hydrogels, Chemosensors, Special Issue "Hydrogel-Based Chemosensors", Eds.: A. Richter, K.-F. Arndt, G. Gerlach, 2014, 2, 145-170
M. Guenther, T. Wallmersperger, G. Gerlach
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Projekte
-
Auswirkungen magnetischer und elektrischer Felder, mechanischer Belastung auf den Zustand und das Freisetzungsverhalten der Verbundgels mit Kolloidteilchen
(Antragsteller
Khokhlov, Alexei R.
)
-
Beschichtungen mit inversen Schaltungseigenschaften: neue Anwendung von Kern-Schale-Hydrogelpartikel
(Antragsteller
Stamm, Manfred
)
-
Bifunktionale core-shell Partikel mit anorganischem porösem Kern und "intelligenter" Hydrogel-Hülle
(Antragsteller
Stock, Norbert
)
-
Coatings with "Inverse Switching" Behaviour: New Applications of Core-Shell Hydrogel Particles
(Antragsteller
Stamm, Manfred
)
-
Diffusion in Hydrogelen
(Antragstellerin
Sadowski, Gabriele
)
-
Effect of geometrical confinement on structure and volume phase transition of stimuli-responsive microgels at interfaces
(Antragstellerin
von Klitzing, Regine
)
-
Engineering the mobility in hydrogel films
(Antragsteller
Koynov, Ph.D., Kaloian
)
-
Entwicklung responsiver Hydrogele durch Self-Assembly von niedermolekularen Hydrogelatoren
(Antragsteller
Schmidt, Hans-Werner
)
-
Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Phasengleichgewicht bei der Quellung von IPAAm-Hydrogelen in wässrigen Lösungen
(Antragsteller
Maurer, Gerd
)
-
Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Phasengleichgewicht bei der Quellung von IPAAm-Hydrogelen in wässrigen Lösungen
(Antragsteller
Hasse, Hans
)
-
Funktionalisierte Hydrogele fur die Multi-Analyt Biosensorik
(Antragsteller
Knoll, Wolfgang
)
-
Hydrogele als aktive Trägerpartikel für Katalysatoren
(Antragsteller
Ballauff, Matthias
)
-
Intelligente Hydrogele durch strahleninduzierte Polymerisation mizellarer Monomerlösungen und Mikroemulsionen.
(Antragsteller
Tieke, Bernd
)
-
Koordinatorprojekt für den Schwerpunkt 1259 Intelligente Hydrogele
(Antragstellerin
Sadowski, Gabriele
)
-
Mikroheterogene und Mikroporöse Hydrogele mit verbesserter mechanischer Stabilität
(Antragsteller
Groll, Jürgen
)
-
Modeling and simulation of hydrogel swelling under strong non-equilibrium conditions using the phase-field and phase-field crystal methods
(Antragstellerin
Emmerich, Heike
)
-
Numerische und experimentelle Untersuchung des gekoppelten chemo-elektro-mechanisch, visko-hyperelastischen Verhaltens von Hydrogelen für Aktor- und Sensoranwendungen
(Antragsteller
Gerlach, Gerald
;
Wallmersperger, Thomas
)
-
pH- und temperaturinduzierte Selbstorganisation von bis- und tris-hydrophilen Polymeren und Hybridpartikeln zu Hydrogelen
(Antragsteller
Müller, Axel
)
-
Responsive Nanogele aus definierten synthetisch-biologischen Hybridbausteinen
(Antragsteller
Schmidt, Manfred
)
-
Statistische Mechanik zum statischen und dynamischen Verhalten von Hydrogelen unter externen Einflüssen
(Antragsteller
Vilgis, Thomas A.
)
-
Struktur und Kinetik stimuli-responsiver, dünner Hydrogelfilme aus amphiphilen Blockcopolymeren
(Antragstellerinnen / Antragsteller
Laschewsky, André
;
Müller-Buschbaum, Peter
;
Papadakis, Christine M.
)
-
Synthese, Modellierung und Applikationsdemonstration von magnetisch modifizierbaren Hydrogelen
(Antragstellerin
Berensmeier, Sonja
)
-
Synthese und Charakterisierung von neuartigen magnetoresponsiven Hydrogelen
(Antragstellerin
Schmidt, Annette M.
)
-
Synthese und Eigenschaften strukturierter Hydrogele mit schaltbarer Heterogenität
(Antragsteller
Richtering, Walter
)
-
Synthese und ortsaufgelöste Analyse der Quelldynamik von steuerbaren, strukturierten Hydrogelen: Neue Materialien für Mikro- und Nanosensorik sowie Aktorik
(Antragsteller
Mang, Thomas
;
Stapf, Siegfried
)
-
Untersuchungen zum Einfluss des Ouellverhaltens auf den Stofftransport in Hydrogelen
(Antragsteller
Kind, Matthias
)
-
Untersuchungen zum Separationsmechanismus zwischen Elektrolyten und Hydrogelen durch externe Stimuli; Simulation und Experimente
(Antragsteller
Holm, Christian
;
Wilhelm, Manfred
)
-
Untersuchungen zur Steuerung der Struktur/Eigenschafts-Beziehung von intelligenten PNIPAM-Copolymer-Mikrogelen und Mikrogel-Nanopartikel-Kompositen
(Antragsteller
Hellweg, Thomas
)