Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Smarte Polymere: Einfachheit bei komplexen Eigenschaften

15.09.2014

Physiker des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz enthüllen den mikroskopischen Mechanismus, der hinter der rätselhaften Löslichkeitslücke von Polymeren in Mischungen von guten Lösungsmitteln steckt.

MPI-P Wissenschaftler, Prof. Dr. Kurt Kremer und Dr. Debashish Mukherji, zusammen mit ihrem Kollegen Prof. Dr. Carlos Marques vom französischen Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), entwickeln ein neues theoretisches Konzept, um die Löslichkeit von stimuli-responsiven Polymeren in Lösungsmittelgemischen zu verstehen.


Polymer collapse dynamics

© D. Mukherji


Stimuli responsive polymers show an interesting coil-globule-coil transition in mixed solvents

© Nature Communications

Mit einer Kombination aus "generischer" molekularer Simulation und analytischer Theorie lösen sie eine langjährige Frage: welcher mikroskopische Mechanismus steckt hinter dem Kollaps von Polymeren in Gemischen aus guten Lösungsmitteln? Ihre Ergebnisse werden in der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.

Stimuli-responsive Polymere, d.h. Makromoleküle, die auf externe Einflüsse wie Temperatur oder Art des Lösungsmittels reagieren, können sowohl von Chemikern künstlich hergestellt werden als auch, wie im Fall von Peptiden, natürlichen Ursprungs sein. Sie werden im Englischen als Smart Polymers bezeichnet, sind eine spezielle Klasse von polymeren Materialien, die eine große Bandbreite an unvorhersehbaren Eigenschaften aufweisen, wenn sie in Lösungsmittelgemischen gelöst werden.

Während z.B. Wasser und Alkohol sehr gut mischbar sind und, einzeln genommen, sich als gute Lösungsmittel für solche Smarte Polymere erweisen, fallen dieselben Polymere in Wasser-Alkohol-Mischungen aus der Lösung aus. Dieses faszinierende und auf den ersten Blick unerwartete Verhalten wird im Englischen als Co-non-solvency bezeichnet.

Bis heute wurde keine allgemein gültige Erklärung gefunden. Anhand der Kombination von Molekulardynamiksimulationen und analytischer Theorie zeigen die Wissenschaftler, dass diese Eigenschaft ein generisches Phänomen, d. h. unabhängig von chemischen Details, ist. Entscheidend ist nur, dass die Polymerbausteine die Moleküle eines der beiden Lösungsmittel als lokale Umgebung bevorzugen.

Da in den Simulationen die Polymerstruktur keine Rolle spielt, sondern nur allgemeine Affinitäten zwischen Lösungsmittelmolekülen und Polymerketten berücksichtigt sind, sollte das entwickelte Konzept für viele Gemische allgemeingültig sein.

Einer der interessantesten Ergebnisse dieser Arbeit ist, dass der Kollaps eines Polymers selbst dann stattfindet, wenn die Lösungsmittelqualität durch die Zugabe des besseren Co-Lösungsmittels verbessert wird. Die Polymerkonformation erweist sich als unabhängig von der Lösungsmittelqualität.

"Diese Entkopplung von Lösungsmittelqualität und Polymerkonformation ist unerwartet und neu. Sie eröffnet interessante Perspektiven sowohl für die Verarbeitung von Polymeren in Lösung als auch für medizinische Anwendungen wie die Arzneimittelverkapselung", erklärt Prof. Kremer, Direktor am Max-Planck-Institut für Polymerforschung.

Weitere Informationen:

http://www.mpip-mainz.mpg.de/4048903/Smarte-Polymere Pressemiteilung und Originalpublikation
http://www.mpip-mainz.mpg.de/polymer_theory - Information über die Forschung von Prof. Kremer
http://www.mpip-mainz.mpg.de - das Max-Planck-Institut für Polymerforschung

Natacha Bouvier | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Max-Planck-Princeton-Partnerschaft in der Fusionsforschung bestätigt
23.11.2017 | Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

nachricht Magnetfeld-Sensor Argus „sieht“ Kräfte im Bauteil
23.11.2017 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Seminar „Leichtbau im Automobil- und Maschinenbau“ im Haus der Technik Berlin am 16. - 17. Januar 2018

23.11.2017 | Seminare Workshops

Biohausbau-Unternehmen Baufritz erhält von „ Capital“ die Auszeichnung „Beste Ausbilder Deutschlands“

23.11.2017 | Unternehmensmeldung