Maßgeschneiderte Polymermaterialien: Chancen für innovative Technologien

Die Synthese von maßgeschneiderten Polymeren für neue Technologien ist Gegenstand der Präsentation des Instituts für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) auf der Werkstoffmesse „MATERIALICA“ vom 16. bis 18. September 2003 in München.

Im „Jahr der Chemie“ soll Werkstoffentwicklern und -anwendern auf diesem Forum vermittelt werden, welch enormes Potential noch in Polymeren steckt und welche speziellen Kompetenzen und Möglichkeiten die Wissenschaftler am IPF zur Lösung von Werkstoffproblemen durch gezielte Polymersynthesen anbieten können.

Mehr als alle anderen Werkstoffe können Polymere in ihren Eigenschaften variiert und so verschiedensten Einsatzzwecken angepasst werden. Über den gezielten Aufbau von Makromolekülen entstehen „maßgeschneiderte“ Materialien, die dank ihrer spezifischen Eigenschaften und der Fähigkeit, bestimmte Funktionen zu übernehmen, neue Verfahren und Bauelemente z. B. in der Elektronik, in der Medizintechnik oder in der Sensorik erst möglich machen.

Einige Beispiele verdeutlichen die Möglichkeiten: So werden Polymere vorgestellt, die schaltbare und strukturierbare Hydrogele bilden. Diese reagieren auf Umwelteinflüsse wie Temperatur, pH-Wert oder Licht und können so zum Beispiel zum kontrollierten Binden bzw. Freisetzen von Wirkstoffen und Zellen eingesetzt werden. Die Beschichtung von Trägermaterialien für Zellkulturen macht es möglich, zunächst Zellen auf einem Substrat zu kultivieren und sie dann durch eine geringfügige Temperaturveränderung abzulösen und so ohne Beschädigung für Zelltherapien verfügbar zu machen. Hydrogelbeschichtungen können auch verwendet werden, um das Gleitvermögen von Herzkathedern zu verbessern oder die Einsatzzeit von Dialysemembranen zu erhöhen.

Entwickelt wurden außerdem Polymere, aus denen nanoporöse oder strukturierbare dünne Filme für den Einsatz in der Mikroelektronik erzeugt werden können. Neue Polymere mit extrem hydrophoben Eigenschaften können als Beschichtungsmaterialien für Außenanwendungen verwendet werden und zeigen dabei den aus der Natur abgeschauten Selbstreinigungseffekt.

All diese Eigenschaften können über die gezielte Auswahl der in den Polymeren miteinander verknüpften Struktureinheiten und deren Anordnung in der Polymerkette eingestellt werden. Die Wege zu solchen neuen Polymeren sind vielfältig. Am IPF arbeitet man besonders an der Synthese sehr stark verzweigter, funktioneller und regelmäßiger Makromoleküle. Diese kommen dann direkt als neue Funktionspolymere zum Einsatz oder werden genutzt, um bereits kommerziell verfügbare Polymere, z. B. durch Einbau zusätzlicher funktioneller Gruppen, gezielt zu verändern.

Für die künftigen Anwendungen ist es ein entscheidender Vorteil, dass die Arbeiten am IPF neben der Charakterisierung und Modellierung der neu synthetisierten Polymere auch deren Verarbeitung und die Untersuchung der Zieleigenschaften (wie mechanische Kennwerte, Permeation, Oberflächeneigenschaften, Benetzungseigenschaften, elektrische Eigenschaften, thermische Eigenschaften, Verhalten gegenüber Blut) einschließen, sodass durch eine schnelle Rückkopplung zur chemischen Struktur die jeweils angestrebte Zieleigenschaft effektiv optimiert werden kann.