Selbstorganisationsprozesse ultradünner Polyethylenoxidschichten (PEO) auf Oberflächen - Chemische Reaktivität lamellarer PEO-Grenzflächen und topochemisches Polymerisationsverhalten diacetylenmodifizierter Polyethylenoxidverbindungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit n-Alkygruppen terminierte Oligoethylenoxide, wie z.B. PEO-Stearat, besitzen als nicht ionische Tenside eine grosse Bedeutung im Bereich der pharmazeutischen Technologie, da Sie in wässrig disperser Phase durch Assoziation der hydrophoben Stearate zu Doppelschichten gelartige Polyethylenoxidphasen erzeugen. Die Frage inwieweit die Selbstorganisation solcher Moleküle in ultradünnen lamellaren Schichten ebenfalls durch die Ordnung der aliphatischen Gruppen dominiert wird, bzw. inwieweit die Kristallisation der PEO-Segmente ordnungsbestimmed ist, wurde untersucht. Im Ergebnis zeigt sich, dass die PEO-Gruppen und ihre Kristallisation die Struktur ultradünner Schichten prägt. Die hydrophoben Alkylketten, die in den Lamellendeckflächen segregieren, führen dort lediglich zu einer Veränderung der Oberflächeneigenschaften, ohne sich selbst in geordneten Strukturen zu organisieren. Die mangelnde Ordnung der terminalen Gruppen wurde aus dem topochemischen Reaktionsverhalten von PEO-Ketten, die endständig mit 12,8 Diacetylencarbonsäure terminiert waren und keine Reaktiviät zeigten, geschlossen. Im Falle Wasserstoffbrücken bildender primärer Aminogruppen und carboxyterminierter Substratoberflächen wurde ein Einfluss der Endgruppenassoziation der Polymerkette mit der Oberfläche auf die Morphologie festgestellt. Die Änderung der Morphologie durch Steuerung der Kettenfaltung erlaubt eine Beeinflussung der Verfügbarkeit terminaler Molekülgruppen auf der Lamellenoberfläche und damit einen Einfluss auf die chemische Reaktivität der Kristallamelle. Es wurde beobachtet, dass PEO in sehr kleinen (d<20 µm) wässrigen Tropfen, die Wasserphase gegenüber Verdunstungsprozessen stabilisieren kann. Die Präparation der Tropfen als Mikrotropfenarrays mittels Mikro-Fluid Kontaktstempeln, erlaubt die Erzeugung mikrostrukturierter Flüssigphasen, an deren Flüssig-/Gas oder Flüssig-/Flüssigphasengrenze ooberflächenaktive Verbindungen wie Phospholipide eingelagert werden können. Es konnte gezeigt werden, dass 12,8 Diacetylensäure Moleküle sich an der Wasser-/Luftgrenzfläche von Mikrotropfen zu topochemisch polymerisierbaren Schichten organisieren. Die chemische Ankoppelung an PEO-Segmente unterbindet jedoch diesen Selbstorganisationsprozess.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Journal of Physics 126 (2008) 012027
H.-G. Braun, E. Meyer
- Preparation of evaporation-resistant aqueous microdroplet arrays as a model system for the study of molecular order at the liquid/air interface. ACS Applied Materials & Interfaces, 1(8):1682–1687, 2009
E. Meyer, M. Müller, H.-G. Braun
- Experimentelle Untersuchungen zur Strukturbildung ultradünner Polymerschichten auf mikroheterogenen Oberflächen, Fakultät für Maschinenwesen Technische Universität Dresden, 2011
H.-G. Braun
