Design von anisotropen funktionellen Kolloiden

 

Wärmeempfindliche Mikrogele sind vernetzte polymere Strukturen, die bei Temperaturänderungen reversible Volumenübergänge eingehen können. Reine Mikrogele und komposit Kern-Schale Mikrogele aus einem Polystyrolkern und einer Mikrogelschale wurden haufig benutzt als Modellsysteme zur Untersuchung des Phasendiagramms und der Dynamik kolloidaler Partikel, die mit einem weichen Potential interagieren [1-3]. Als Folge der thermosensitiven Schale, die einen temperaturinduzierten Phasenübergangsprozess durchläuft, können ihre Gesamtgröße und ihre Wechselwirkungen über die Temperatur gesteuert werden (siehe [1,3-5]). Als vielseitige kolloidale Systeme ermöglichen sie eine feinfühlige Kontrolle ihrer Konformation und dazu zeigten sie ein reiches Phasenverhalten [3,5,6] und erwiesen sich als ideale Bausteine für die gerichtete Selbstorganisation [3,6,7]. Während alle diese Anwendungen mit sphärischen Partikeln durchgeführt wurden, wandte sich kürzlich der Fokus zu anisotropen Systemen.

 

Kolloidales Design

Kolloidales Design Urheberrecht: Crassous

Abbildung 1: Nanoengineering verbundstoff-mikrogele in verschiedenen Formen. Ellipsoidal, facettierte und schalenförmige mikrogele mit einem Polystyrolkern werden durch Nachbearbeitung von sphärischen Kern-Schale-Mikrogelen erhalten. Abbildung reproduziert von Ref. 10.

 
 


Die Schlüsselanforderung an komplexe zusammengesetzte Strukturen mit wünschenswerten Eigenschaften erfordert eine genaue Konstruktion kolloidaler Teilchen als geeignete Bausteine mit Anisotropie in Form und Wechselwirkungen, die eine hohe monodisperse Größe und eine hohe einheitliche Anisotropie aufweisen müssen. Unser synthetischer Ansatz zielt darauf ab, komplexere Formen zu entwerfen und die wichtigsten Strategien zu beschreiben, um Mikrogel-basierte Partikel als die nächsten Schlüsselspieler für die zukünftigen Entwicklungen in der gerichteten Selbstorganisation zu etablieren. Die erste beruht auf Nano-Engineering der Mikrogele in verschiedenen Formen, wie in Abbildung 1 [8,9,10] gezeigt. Das andere ist ein schrittweiser synthetischer Ansatz, bei dem anisotrope Bausteine mit einer Mikrogelschale funktionalisiert werden, wie in Abbildung 2 für anisotrope hybride magnetische "Nanokompass" –Mikrogele gezeigt [11].

  Kolloidales Design Urheberrecht: Crassous

Abbildung 2: Erstellen multifunktionaler Hybrider Kolloide. A. CryoTEM von Hybrid-Mikrogelen, die aus einem mit Silica-beschichteten Maghämit Kern und einer wärmeempfindlichen Mikrogelschale bestehen. B. Kontrolle der Teilchenorientierung unter angelegtem Magnetfeld, wie durch SAXS gezeigt. Die Hämatitspindel (rot) ist senkrecht zum Feld ausgerichtet, während die Maghämitspindel (grau) entlang des Feldes ausgerichtet ist [4].

 
 


Referenzen
[1] J. J. Crassous, M. Siebenburger, M. Ballauff, M. Drechsler, D Hajnal, O. Henrich and M. Fuchs, J. Chem. Phys., 2008, 128, 204902
[2] D. Paloli, P. S. Mohanty, J. J. Crassous, E. Zaccarelli and P. Schurtenberger, Soft Matter, 2013, 9, 3000
[3] P. J. Yunker, K. Chen, M. D. Gratale, M. A. Lohr, T. Still and A. G. Yodh, Rep. Prog. Phys., 2014, 77, 056601
[4] J. J. Crassous, M. Ballauff, M. Drechsler, J. Schmidt and Y. Talmon, Langmuir, 2006, 22, 2403
[5] A. Zaccone, J. J. Crassous, B. Béri and M. Ballauff, Phys. Rev. Lett., 2011, 107, 168303
[6] Y. Min, M. Akbulut, K. Kristiansen, Y. Golan and J. Israelachvili, Nat. Mater., 2008, 7, 527
[7] J. McParlane, D. Dupin, J. M. Saunders, S. Lally, S. P. Armes and B. R. Saunders, Soft Matter, 2012, 8, 6239
[8] J. J. Crassous, H. Dietsch, P. Pfleiderer, V. Malik, A. Diaz, L. A. Hirshi, M. Drechsler and P. Schurtenberger, Soft Matter, 2012, 8, 3538
[9] J. J. Crassous, A. M. Mihut, E. Wernersson, P. Pfleiderer, J. Vermant, P. Linse and P. Schurtenberger, Nat. Comm., 2014, 5, 5516
[10] J. J. Crassous , A. M. Mihut , L. K. Månsson and Peter Schurtenberger, Nanoscale, 2015, 7, 15971
[11] J. J. Crassous, A. M. Mihut, H. Dietsch, O. Pravaz, L. Ackermann-Hirshi and A. Hirt, P. Schurtenberger, Nanoscale, 2014, 6, 8726