Nanoengineering von oberflächengebundenen Hydrogelen durch Selbstanordnung von Blockcopolymeren an der Wasser-Gel-Grenzfläche

• Antragstellerin: Professorin Dr. Marie Weinhart
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506711010

In der Biomedizin haben thermoresponsive Polymere großes Anwendungspotential im Bereich schaltbarer, bioaktiver Implantatbeschichtungen zur gezielten Freisetzung von Medikamenten oder im Bereich schaltbarer Zellkultursubstrate zur enzymfreien Zellernte. Während die Hydrogel-Netzwerkstruktur und deren kontrollierter Aufbau mittels synthetischer Methoden lange im Fokus stand, um dadurch die Funktionalität und Responsivität der Gele zu verbessern, wurde der Hydrogeloberfläche bislang nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt.In diesem Projekt wollen wir den Prozess der Selbstorganisation von Blockcopolymeren auf oberflächengebundenen weichen Hydrogelen verstehen, um die Grenzflächeneigenschaften von Gelen über die gepfropfte Bürstenbeschichtung nach kovalenter photochemischer Verankerung präzise einstellen zu können. Der Einfluss der modulierbaren Hydratation der Blockcopolymere und der Gele sowie die jeweilige Ankerblockchemie der Blockcopolymere wird untersucht, um den Pfropfungsprozess zu optimieren und die resultierende Pfropfdichte auf dem oberflächengebundenen Gel zu steuern. Darüber hinaus wird die thermische Schaltbarkeit der resultierenden Hydrogel-Bürsten-Doppelschichten mit Hilfe quasistatischer QCM-D Aufheiz- und Abkühlmessungen in Kombination mit temperaturabhängigen Schichtdicken- und Kontaktwinkelmessungen untersucht, um den wechselseitigen Einfluss der beiden Schichten auf die resultierende(n) Schalttemperatur(en) aufzuklären. Über die strukturelle Variation der Doppelschichten bestehend aus oberflächengebundenen Gelen mit gepfropften Bürsten wird eine detaillierte Struktur-Eigenschafts-Beziehung zugänglich, die wiederum mit der Kinetik der Wirkstofffreisetzung im Vergleich zu unbeschichteten Gelen korreliert wird. Dazu werden die Vernetzungsdichte, die Schichtdicke und die Phasenübergangstemperatur der Gele systematisch variiert, ebenso wie die Pfropfdichte, die Kettenlänge, die Zusammensetzung und die Chemie der Ankerblöcke. Das Zellverhalten adhärenter Säugerzellen hinsichtlich der Adhäsion, Proliferation und Differenzierung auf derartigen Oberflächenbeschichtungen wird vor und nach der Beladung der Gele mit Effektormolekülen bewertet. Im Rahmen eines Proof-of-Concept-Ansatzes wird die kontrollierte Freisetzung von Effektormolekülen aus Doppelschichten mit und ohne externen Stimulus untersucht. Über die Wirkung auf Epithel- und Endothelschichten, die an der funktionalisierten Grenzfläche kultiviert werden, kann der Nutzen der Doppelschicht im Vergleich zum reinen Gel bei der Herstellung bioaktiver Gerüste und Beschichtungen bewertet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen