Definierte Polymerstrukturen für Zukunftstechnologien

Das Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) verleiht auf seinem Jahresempfang am 3. April 2014 erneut Preise für herausragende Graduierungsarbeiten, die von jungen Wissenschaftlern am Institut angefertigt und an der Technischen Universität Dresden eingereicht und verteidigt wurden.

Den Doktorandenpreis des Vereins zur Förderung des IPF erhält Dr. Jens Gaitzsch für seine Dissertation „Synthesis of photocrosslinked and pH sensitive polymersomes and applications in synthetic biology”.

Polymersome sind Polymervesikel nach dem Vorbild der im menschlichen Organismus vorkommenden Liposome, kugelförmigen Hohlraumstrukturen, die von einer Membranhülle aus Fettmolekülen umgeben sind. Dass diese Teilchen in der modernen Medizin und Biotechnologie genutzt werden können, um Fremdkörper bzw. Wirkstoffe in Zellen einzuschleusen, wurde mit synthetisch erzeugten Liposomen aus natürlichen Bausteinen bereits erfolgreich getestet.

Ziel der Arbeit von Jens Gaitzsch war es, die Struktur aus synthetischen Polymeren nachzuahmen, um einen einfacheren, zuverlässigeren und funktionaleren Herstellungsweg zu finden und zudem über die Imitation biologischer Prozesse im Reagenzglas deren Mechanismen besser zu verstehen.

Beides ist ihm im Rahmen seiner Dissertation in hervorragender Weise gelungen, und Jens Gaitzsch hat ein neues Konzept für Polymersome etabliert, das sich sehr gut für die technische Umsetzung eignet. Dies ist umso bemerkenswerter, als die Idee zu dem Promotionsthema vom Preisträger selbst eingebracht wurde, der das Potenzial solcher Strukturen durch den fachlichen Austausch innerhalb der Dresden International Graduate School for Biomedicine and Bioengineering klar erkannt hat.

Synthetisiert wurden im Rahmen der ausgezeichneten Arbeit Polymersome aus einem amphiphilen Blockcopolymer mit Polyethylenglycol (PEG) als hydrophilem Teil (biokompatibel und nichtimmunogen) und einem statistischen Copolymer aus pH-responsivem Diethylamino-ethylmethylacrylat und einem Photovernetzer-Monomer.

Durch den Photovernetzer können die Partikel durch UV-Bestrahlung eine höhere mechanische Stabilität und damit eine bessere Eignung für Herstellung und Einsatz erhalten. Die steuerbare Durchlässigkeit der Membran wird über pH-responsive Polymere und ohne Einsatz von Transmembranproteinen realisiert, was für das Modellsystem Polymersom den Ausschluss zusätzlicher Einflussfaktoren bedeutet und die Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Aufbau und Funktion erleichtert.

Die Größe der Membranporen lässt sich über den pH-Wert, die Scherrate und den Vernetzungsgrad gezielt einstellen. So wird die selektive Freisetzung von Nanopartikeln und Molekülen unterschiedlicher Größe möglich. Auch die Aktivität eines Enzyms im Inneren des Polymersoms kann über eine pH-Wert-induzierte Quellung und Entquellung der Membran gesteuert werden.

Herr Dr. Gaitzsch setzt seine wissenschaftliche Tätigkeit derzeit mithilfe eines Stipendiums der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) als Postdoc am University College London in der Arbeitsgruppe von Prof. Guiseppe Battaglia fort.

Mit dem Professor-Franz-Brandstetter-Preis wird Tim Erdmann für seine Masterarbeit „Synthese von Dithienosilol-basierten Halbleiter-Polymeren für organische Elektronik“ ausgezeichnet. Tim Erdmann präsentiert im Ergebnis seiner beeindruckend umfangreichen, kreativen und exzellent dokumentierten experimentellen Arbeit einen zuverlässigen Weg zur kontrollierten Synthese von genau definierten und stabilen halbleitenden Polymerstrukturen.

Benötigt werden solche Funktionspolymere, um Bauelemente wie organische Photovoltaikzellen, Feld-Effekt-Transistoren oder lichtemittierende Dioden (OLEDs) zu entwickeln. Organische Elektronik gilt heute als Schlüssel zur Weiterentwicklung der an ihre physikalischen Grenzen gelangenden silizium-basierten Informationstechnologie und zur Bewältigung globaler Herausforderungen.

Die Möglichkeit etwa, kunststoff-basierte elektronische Bauelemente mit effizienten Druckverfahren herzustellen und sie mit hoher Flexibilität in Systeme integrieren zu können, eröffnet ganz neue Einsatzgebiete. Der breite Einsatz von OLEDs zur Beleuchtung oder die Ablösung der in der Herstellung sehr energieaufwändigen anorganischen Solarzellen durch polymere Photovoltaikelemente können den Energiebedarf für diese Anwendung bzw. Produktionskosten in erheblicher Größenordnung senken.

Betreut wurden beide Graduierungsarbeiten von Frau Professor Brigitte Voit, Wissenschaftliche Direktorin und Leiterin des Instituts für Makromolekulare Chemie am IPF sowie Inhaberin der Professur für Organische Chemie der Polymere an der Fakultät Mathematik/Naturwissenschaften der Technischen Universität Dresden.

Fachlicher Direktkontakt:
Prof. Dr. Brigitte Voit
voit@ipfdd.de
Tel.: 0351 4658-590