S. Mayr: Plasmasynthetisierte magnetische Nanopartikel arretiert in strahlungsoptimierten Hydrogelen: Optimierung in Richtung eines biologisch abbaubaren medizinischen Aktuators (PARTACT)

Beschreibung

Magnetisch schaltbare Materialien, die auf ein extern angelegtes homogenes Magnetfeld mit einer wohldefinierten reversiblen Formänderung reagieren, besitzen ein großes Potential für Anwendung in kontaklosen Schaltelementen. Diese können beispielsweise in den Ingenieurwissenschaften oder der Biomedizin Anwendung finden [1,2]. In diesem Projekt werden Komposite aus magnetisch anisotropen Nanopartikeln mit Kern-Schale-Struktur und Hydrogelen untersucht, mit dem Ziel einen biokompatiblen und -degradierbaren Aktuatorprototyp für die regenerative Medizin herzustellen. Dabei spielt die bestrahlungsunterstützte Quervernetzung der Komposite eine zentrale Rolle. Konkret werden folgende Schritte zu diesem Ziel führen:

i) Durch gepulste plasmaunterstützte Inertgaskondensation, können form-, größen- und strukturoptimierte Nanopartikel synthetisiert werden. Dabei sind Formen, die zu einer großen magnetischen Anisotropie führen, von besonderem Interesse; sie reichen von Stäben, über Scheiben bis hin zu Dreiecken [3]. Biokompatibilität der Nanopartikel wird dabei durch eine optionale Beschichtungstrategie sichergestellt [4].

ii) Die Eigenschaften von Hydrogelen werden durch energiereiche Bestrahlung optmiert, was insbesondere die Modifizierung der Vernetzungsdichte, sowie der damit im Bezug stehenden thermischen und mechanischen Eigenschaften beinhaltet.

iii) Die Verteilung und Arretierung der Nanopartikel im Hydrogel werden optimiert im Bezug auf die gewünschte mechanische Auslenkung in homogenen und inhomogenen magnetischen Feldern.

Alle Bereiche i) – iii) geschehen in enger Zusammenarbeit mit den anderen Teilnehmern am SPP, insbesondere im Bezug auf Synthese, Charakterisierung und Interpretation / Modelierung.

(Top) Au/Ni core-shell nanoparticles. (Bottom) Deflection of a nanoparticle/hydrogel composite in a magnetic field.

Projektleiter

Prof. Dr. Stefan G. Mayr, Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V.(IOM)& Universität Leipzig

Projektmitarbeiter

Emilia Wisotzki, Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V.(IOM)& Universität Leipzig

Förderzeitraum

2013 -

Publikationen

[1] Y. Ma, A. Setzer, J. W. Gerlach, F. Frost, P. Esquinazi, and S. G. Mayr. Adv. Funct. Mater., 22(12):2529–2534, 2012.
[2] M. Zink, F. Szillat, U. Allenstein, and S. G. Mayr. Adv. Funct. Mater., 23(11):1383-1391, 2012.
[3] R. Werner, T. Höche and S.G. Mayr, Cryst. Eng. Comm. 13 (2011) 3046.
[4] M. Hennes, J. Buchwald and S. G. Mayr. CrystEngComm, 14:7633–7638, 2012.
[5] M. Hennes, A. Lotnyk and S. G. Mayr. Beilstein J. Nanotechnol, 5:466-475, 2014.
[6] E. I. Wisotzki, M. Hennes, C. Schuldt, F. Engert, W. Knolle, U. Decker, J. A. Käs, M. Zink and S. G. Mayr. J. Mater. Chem. B., 2:4297-4309, 2014.

Kontakt

Universität Leipzig
Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung
Permoserstr. 15
04318 Leipzig