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Kompetenzen IAP - Übersicht

Fraunhofer Allianz Nanotechnologie
 

Polymere Nanopartikel in der Medizin

Gewebe, Zellen, Blutkörperchen - biologische Einheiten liefern zahlreiche Vorbilder für polymere Nanosysteme. Synthetische Polymermaterialien nach biologischen Bauprinzipien konzipiert eignen sich daher hervorragend als Träger für medizinische Wirkstoffe (drug carrier). Durch maßgeschneiderte Oberflächen und Strukturen lassen sich diese Partikel zielgerichtet durch den Körper leiten (drug targeting). Die Teilchen werden im Körper nach einer festgelegten Zeit abgebaut. So geben sie den Wirkstoff nicht nur am richtigen Ort, sondern auch zur vorgeschriebene Zeit ab (controlled release).
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Nanokomposite

Nanokomposite stellen eine neue Materialklasse im Kunststoffsektor dar, die Materialadaption und Materialoptimierung in Zukunft entscheidend beeinflussen werden. Neue Eigenschaften und Funktionalitäten werden dabei vor allem aus der minimalen Teilchengröße der bzw. einer der Materialkomponenten generiert. Der hohe Oberflächenanteil nanometrischer Strukturen im Vergleich zum Bulkanteil bedingt bei Nanokompositwerkstoffen signifikante Effekte, häufig bereits bei geringen Konzentrationen. Dies gilt für sphärische Nanopartikel (beispielsweise pyrogene Metall- oder Nichtmetalloxide), aber v.a. für die geometrisch stark anisotropen, nanoskaligen Füllstoffe (Schichtsilikate, Schichthydroxide).
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Von Polymerkolloiden zu photonischen Materialien

Polymere Nano- oder Mikropartikel einheitlicher Form und Größe, wie sie durch Emulsionspolymerisation erhalten werden, lassen sich zu hochgeordneten, kristallähnlichen Strukturen organisieren. Die Eigenschaften derartiger selbstorganisierter Funktionsmaterialien sind weniger durch das Material ihrer Bausteine, sondern vielmehr durch ihre Größe, gegenseitige Anordnung und Oberflächenfunktionalität bestimmt. Die Strukturbausteine sind in der Größe von 40 nm bis 800 nm frei einstellbar. Haben die Strukturbausteine die Größenordnung der Lichtwellenlänge, so führt die Lichtbeugung an den Gitterebenen der Kolloidkristalle zu ausgeprägten Farbeffekten, wie man es von Schmetterlingsflügeln kennt.
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Lichtmodulierende Funktionskomponenten für Displays

Wesentliche Baugruppen in der Display-Technologie oder Technologiefeldern wie Sensorik oder optische Messtechnik sind doppelbrechende Filmkomponenten mit lichtmodulierenden Eigenschaften. Wesentliche Funktionen der Filme sind die Erzeugung und Wandlung von polarisiertem Licht, die Erzeugung von (polarisiertem) Licht definierter Farbe durch Reflektion, Absorption und Emission. Am Fraunhofer IAP werden neue flüssigkristalline formtreue Nanostäbchen und Nanoscheiben entwickelt, die durch Selbstorganisation anisotrop stukturierte Aggregate bilden (bottom-up). Das Ziel sind ultradünne, lichtmodulierende strukturierte Funktionsschichten als Schlüsselkomponenten im Bereich optischer Technologien. Dabei erfolgt die Implementierung zusätzlicher optischer Funktionen. Fluoreszierende chromophore Gruppen führen zur Emission von polarisiertem Licht, durch chirale Gruppen können helicale Schichtarchitekturen mit selektiver Lichtreflektion aufgebaut werden. Die Arbeiten beinhalten die Entwicklung geeigneter Synthesen, die Analyse der thermischen Eigenschaften, die Untersuchung der makroskopischen Orientierung und Mikrostrukturierung sowie die permanente Fixierung der inneren Filmstruktur.

Blockcoplymer-Synthese

Block-Copolymere sind die Basis für makroskopisch homogene Polymerlegierungen mit nanoskaliger Unterstruktur. So lassen sich die Eigenschaftsprofile verschiedenster Konstruktions- und Funktionspolymeren synergistisch miteinander verbinden. Dies wird durch die kovalente Verknüpfung der einzelnen Blöcke möglich, während unterschiedliche Polymere normalerweise nicht miteinander verträglich sind und daher makroskopisch entmischen. Durch geeignetes Polymerdesign und -verarbeitung werden diverse Über- und Unterstrukturen erzeut und so neue Materialeigenschaften eingestellt. In Lösung bilden Block-Copolymere stabile Assoziate, deren Größe und Form analog kontrolliert werden. Auf diese Weise sind funktionelle Nanopartikel im gesamten Größenbereich vom einzelnen Makromolekül bis zur Lichtwellenlänge zugänglich. Amphiphile Block-Copolymere verhalten sich dabei wie überdimensionale Tenside. Entsprechend lassen sich derartige Nanopartikel z.B. zum Wirkstofftransport bzw. zur kontrollierten wirkstoff-Freisetzung in synthetischen wie auch natürlichen Systemen nutzen.

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