Research

Wissenschaftliche Arbeitsgebiete und Forschungsmöglichkeiten der Arbeitsgruppe von Felix Plamper

Wir haben Erfahrung in der Herstellung von komplexen Polymer­architekturen und deren nanostrukturierten Aggregaten für Soft Matter Anwendungen. Dazu benutzen wir moderne Methoden der Polymersynthese (kontrollierte radikalische und anionische Polymerisationen; siehe u.a. Polym. Chem. 2013, 4, 3885) und deren Hybridbildung mit anorganischen Komponenten (Chem. Mater. 2015, 27, 7306; PCCP 2015, 17, 11490; Macromol. Rapid Commun. 2016, 37, 1446). Dies führt zu stimulisensitiven, kolloidalen und oberflächengebundenen Systeme.

Während für kolloidale Systeme hauptsächlich (zeitaufgelöste) Streumethoden (z.B. kombinierte statische und dynamische Lichtstreuung: ACS Macro Lett. 2012, 1, 504; Röntgenkleinwinkelstreuung SAXS: Soft Matter 2016, 12, 5127; ACS Macro Lett. 2017, 6, 711; Stopped Flow: J. Phys. Chem. B 2017, 121, 6739) und analytische Ultrazentrifugation AUC (Polymer 2013, 54, 6877; ACS Macro Lett. 2017, 6, 711) verwendet werden, so wird für die Untersuchung von Grenzflächenphänomenen neben Experimenten am Langmuirtrog (Soft Matter 2015, 11, 3559; ausgewählt als Soft Matter HOT Paper) insbesondere die Elektrochemie eingesetzt.

So diente die Impedanzspektroskopie zur Aufklärung der inneren Struktur adsorbierter Polymer- und Enzymschichten für Biosensoranwendungen (Langmuir 2015, 31, 13029; Biomacromolecules 2014, 15, 3735).    Für diese Biosensoranwendungen werden die vorteilhaften Eigenschaften der Mikrogele ausgenutzt (Acc. Chem. Res. 2017, 50, 131). Weiterhin erlaubt eine Kombination von hydrodynamischer Voltammetrie und Impedanzspektroskopie eine Darlegung der Elektronenübertragspfade in komplexen kolloidalen Mischungen, wie z.B. für poröse Mikrogele in Gegenwart von einlagerbaren elektroaktiven Einheiten (J. Phys. Chem. C 2014, 118, 26199)--- Weiterhin konnte die Elektrochemie als neuer Stimulus in der Mikrogelforschung etabliert werden (Chem. Mater. 2015, 27, 7306). Schließlich wurde der Einfluss der Architektur auf die Adsorptions-eigenschaften von Polyelektrolyten mittels hydrodynamischer Voltammetrie untersucht (Electrochim. Acta 2017, 232, 98).

In all diesen Beispielen spielt Polymerkomplexierung eine entscheidende Rolle, wobei u.a. Architektureffekte auf die Polymerkomplexierung und auf die Struktur der resultierenden Mizellen dargelegt wurden (thermodynamische Analyse der Komplexierung: ACS Macro Lett. 2012, 1, 504; PCCP 2014, 16, 4917; Soft Matter 2015, 11, 3559; Langmuir 2017, 33, 4091: Coverimage)... Der Vergleich der Komplexierungseigenschaften der Polymere in Dispersion mit den Eigenschaften der Polymere an Grenzflächen zeigt, dass sich für bestimmte Polymerpaare eine deutlich attraktivere Wechselwirkung an Flüssig-Flüssig Grenzflächen als in Lösung ergibt. 

Ein relativ neues und nach unserer Ansicht sehr wichtiges Forschungsgebiet beschäftigt sich mit (mizellaren) Nichtgleichgewichtsstrukturen. Diese würden zukünftig z.B. eine getriggerte Freisetzung, Anheftung oder eine in vivo Gelierung erlauben und könnten auch für die Einbettung und Abtrennung von Zellen eingesetzt werden. Wir konnten zeigen (Adv. Mater 2017, 1703495), dass sich kinetisch gehemmte mizellare Strukturen durch einen Trigger in andere Morphologien umwandeln. Sowohl ein kurze Temperaturauslenkung als auch eine kurze Druckapplikation ermöglichen schlussendlich die Gelierung der mizellaren Lösung bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen. Aufbauend auf unseren Arbeiten zu Interpolyelektrolytkomplexen (ACS Macro Lett. 2017, 6, 711; J. Phys. Chem. B 2017, 121, 6739; Soft Matter 2016, 12, 5127) arbeiten wir nun an Nichtgleichgewichtsmizellen, die nach Triggerung zyklisch wiedereinsetzbar sind. +++ Zur Strukturaufklärung werden hier neben der AUC (ACS Macro Lett. 2017, 6, 711) insbesondere SANS und SAXS eingesetzt.

In allen Bereichen wird ein tiefes Verständnis angestrebt, wobei die experimentellen Ergebnisse mit ausführlicher Theorie und Simulation verglichen werden (ACS Macro Lett. 2012, 1, 504; Macromol. Rapid Commun. 2013, 34, 855; Macromol. Theory Simul. 2015, 24, 110; Soft Matter 2015, 11, 3559; Macromolecules 2016, 49, 8748)