Laird, Mathilde

► Forschungsgebiet

Thermoreversible Bindungsbildung als Baustein für Alkoxysilan-Vorstufen: Anwendungen in der Arzneimittelverabreichung, Selbstheilung und optoelektronischen Materialien

Hybride molekulare Verbindungen auf Siliziumdioxidbasis haben sich aufgrund ihrer höheren chemischen, mechanischen und thermischen Stabilität im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten polymeren Vertretern als vielseitige Vorstufen für die Synthese von organisch-anorganischen Hybridmaterialien erwiesen. Aufbauend darauf, entwickeln wir eine neue Klasse von thermoreversiblen polytriethoxysilylierten Verbindungen, die auf linearen und Starburst-Molekülen wie Dendrimeren und polyedrischen oligomeren Silsesquioxanen (POSS) basieren. Gleichzeitig sollen damit die synthetischen Grundlagen geschaffen werden, um die neuen Materialien für viele Anwendungen anzupassen wie z.B für:

• Organisch-anorganische Hybrid-Nanopartikel zur Verabreichung von Arzneimitteln, die durch einen Fernauslöser kontrolliert abgebaut werden können. Dafür werden superparamagnetische Kerne in die Nanopartikel integriert, welche beim Anlegen eines Magnetfeldes Wärme erzeugen und die Nanopartikel abbauen. Auf diese Weise wird das System eine Vielzahl von Wirkstoffen unter kontrollierten Bedingungen freizusetzen können und gleichzeitig die unerwünschte Ansammlung von Nanopartikeln in den Organen vermeiden.
• Selbstheilende "schmelzende Gele". Herkömmliche Schmelzgele zeigen eine reversible Erweichung mit steigender Temperatur, gefolgt von einer irreversiblen Verfestigung des Materials oberhalb einer kritischen Temperatur. Bei unserem Material hingegen, hängt die Erweichung von der Art der thermoreversiblen „Brückengruppe“ ab, und es wird keine derartige irreversible Verfestigung erwartet. Weiterhin kann angenommen werden, dass die geringere Viskosität der Materialien im geschmolzenen Zustand die Heilung von Rissen verbessert, und größere Risse als mit herkömmlichen Materialien geheilt werden können. Mit dieser Strategie sollen selbstheilende keramik- oder glasähnliche Werkstoffe mit niedrigen Heilungstemperaturen (50 bis 250 °C) entwickelt werden.
• Funktionelle poröse Materialien, die mit Starburst-Vorstufen für optoelektronische Anwendungen hergestellt werden. Dabei werden Starburst-Polytrialkoxysilane in eine Nanohybridmatrix integriert und dann durch kontrollierte Spaltung entfernt. Ihre Entfernung führt zur Bildung von funktionalisierten Poren, deren Eigenschaften von den durch die Entfernung des Dendrimers/POSS freigesetzten Seitengruppen abhängen. Nach dem Aufpfropfen optisch aktiver Farbstoffe auf die verbleibenden Gruppen wird die Quanteneffektivität in begrenzten Umgebungen mit kontrollierten Abmessungen untersucht.