Lichtinduzierte Manipulation von isotropen und anisotropen Flüssigkeitströpfchen auf photoresponsiven Oberflächen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Svetlana Santer
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429689411

Das übergeordnete Ziel dieses Antrags ist, das Verhalten von Tröpfchen mit Mikrometerabmessungen zu untersuchen, die aus isotropen oder anisotropen (z.B. Flüssigkristallinen) Flüssigkeiten bestehen und die auf photosensitiven Polymersubstraten adsorbieren. Die Substrate und ihr Benetzungsverhalten kann unter Einwirkung optischer Stimuli in dynamischer und reversibler Weise angepasst werden, wobei diese Änderungen lokal auf der Skala der Tröpfchenabmessungen erfolgen sollen, ohne großflächige Bereiche mit zu beeinflussen. Mit diesen Untersuchungen beabsichtigen wir auf lange Sicht, eine adaptive und programmierbare Plattform zu etablieren, auf der sich elementare Operationen mit Flüssigkeitsvolumina durchführen lassen, die etwa im Mischen, Unterteilen und Transport dieser Volumina bestehen; auf einer größeren Skala kann so etwas wie ein „kontaktloses“ und automatisierbares Labor für biologische oder biochemische Prozesse auf einer Mikroskala realisiert werden: die Flüssigkeitstropfen sind hierbei gleichsam Proben- wie Reaktionsgefäße. Das Substrat bestehen dabei aus einem dünnen Film azobenzolhaltiger Polymere. Bereits unter Belichtung mitInterferenzmustern geringer Intensität lassen sich drastische Veränderungen in der Substrattopographie und –oberflächenenergie erzeugen. Wir haben in unseren aktuellen Arbeiten gezeigt, dass eine weitreichende Kontrolle über die topographischen Veränderungen erzielt werden kann. Z.B. kann man ein Oberflächengitter lateral über das Substrat wandern lassen, ähnlich einer Wasserwelle. Mit dem vorliegenden Projekt möchten wir zwei neue Aspekte der eben beschriebenen Phänomenologie hinzufügen, die für praktische Anwendungen weitreichende Vorteile bedeuten. Zum einen möchten wir die Veränderung von Oberflächen- und damit Benetzungseigenschaften durch einfache, gitterartige Interferenzmuster dahingehend erweitern, dass lokale, durch explizite Formgebung einzelner Laserspots generierte Muster verwendet werden. Wie ihre globalen Pendants der Gitter werden diese Modifikationen in Topographie und Benetzbarkeit komplett reversibel sein. Zum anderen möchten wir ausnutzen, dass die damit einhergehende Veränderungen der Oberflächeneigenschaften auf unterschiedlichen Zeitskalen ablaufen. Während die Adaption der Oberflächenenergien „schnell“ erfolgt, d.h. instantan im Vergleich zur Reaktion des adsorbierten Tröpfchens, benötigt der Materialtransport zur Ausbildung der topographischen Veränderungen wesentlich länger. Beide Aspekte beeinflussen also Aspekte wie den lokalen Kontaktwinkel auf verschiedenen Zeitskalen. Hier ist das Ziel, durch geschickte Ausnutzung der Trennung dieser Skalen effiziente Belichtungsprotokolle zu entwickeln, die zu einer schnellen und zuverlässigen Ausführung der oben skizzierten Elementaroperationen führt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sergey V. Pasechnik, bis 3/2022