Molekulare Netze nach Maß

News: Molekulare Netze nach Maß

Copolymere, die aus zwei verschiedenen Grundstoffen bestehen, zeigen je nach Zusammensetzung unterschiedliche Eigenschaften. Sie lassen sich daher in vielen verschiedenen Bereichen anwenden - von der Wasseraufbereitung bis zur gezielten Medikamentenfreisetzung in bestimmten Körperregionen.

Die Werkstoffe werden als Copolymeren-Netzwerk bezeichnet. Sie bestehen aus Ketten kleiner Moleküle, die sich überlagern und eine gewebeartige Struktur bilden. Die beiden Monomere in dem neuen Werkstoff, der an der Purdue University entwickelt wurde, sind Acrylsäure sowie ein Derivat von Oligoethylenglykol. Die Eigenschaften daraus gefertigter Materialien variieren je nach dem relativen Verhältnis der Monomere, aus denen es aufgebaut ist.

"Da diese Werkstoffe Copolymere sind, können wir ihre Eigenschaften präziser kontrollieren und über eine größere Bandbreite hinweg variieren, als wenn sie nur aus einem einzigen Monomer-Typ bestünden", sagt Robert Scott, der an der Entwicklung des Werkstoffes beteiligt war. "Diese Menge an Vielseitigkeit und Steuerungsmöglichkeit ermöglicht eine stattliche Anzahl von Anwendungen."

Die neue Werkstoffklasse ist deshalb einzigartig, weil aus einer Kombination dieser beiden Monomere zum ersten Mal Materialien mit so vielen unterschiedlichen Eigenschaften gewonnen wurden, erklärt Scotts Doktorvater Nicholas Peppas, der bereits seit über 26 Jahren Polymere untersucht.

"Das interessanteste bei dieser Forschung besteht darin, daß wir nicht nur eine Werkstoffklasse mit diversen Eigenschaften entwickelt haben, sondern jetzt auch fundamental – auf molekularer Basis – die Grundlage für diese Eigenschaften verstehen", erläutert Scott. Anläßlich des jährlichen Treffens der American Physical Society am 16. März 1998 in Los Angeles hat er die neuen Stoffe in zwei Vorträgen vorgestellt.

Die molekularen Netze eignen sich besonders als Siebe für Trenntechniken, bei denen nur bestimmte Substanzen den Polymer passieren dürfen. "Wenn wir den Anteil der Acrylsäure in den Werkstoffen erhöhen, rücken die Oligoethylenglykol-Ketten, welche für die Vernetzung verantwortlich sind, weiter auseinander, und die Maschen werden größer. Dadurch wird wiederum bestimmt, welche Substanzen passieren können", erklärt Scott. "Durch Variation des Acrylsäure-Anteils und anderer Parameter können wir genau die Größe der Moleküle bestimmen, denen wir Durchlaß gewähren."

Eine weitere Anwendung, die Scott in seinem Labor untersucht hat, ist die kontrollierte Abgabe von Substanzen. "Wir haben Systeme erstellt, die eine Modellarznei enthalten und untersuchen gegenwärtig, wie die Diffusionsrate dieser Arznei aus dem Polymer heraus sich bei Modifikationen der Polymerstruktur verändert", sagt er. "Die Verwendung des Werkstoffes als Membran zur Medikamentenzufuhr ist eine besonders reizvolle Anwendung, weil wir ganz detailliert steuern können, welche Medikamente die Membran passieren dürfen, und unter welchen Bedingungen dies geschieht."

Bedingt durch die Acrylsäure reagieren die Copolymere auch auf den pH-Wert ihrer Umgebung. Maschengröße und Diffusionseigenschaften variieren je nach pH – ein wichtiger Punkt bei der Anwendungen als Medikamententransporter, da verschiedene Körperteile unterschiedliche pH-Werte aufweisen. Eine Kapsel aus diesem Werkstoff, die eine bestimmte Arznei enthält, kann im Mund "geschlossen" bleiben, sich jedoch im Magen "öffnen", um das Medikament abzugeben.

Der Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft ist Betreiber dieses Portals. Seine Online- und Print-Magazine, darunter »Spektrum der Wissenschaft«, »Gehirn&Geist« und »Spektrum – Die Woche«, berichten über aktuelle Erkenntnisse aus der Forschung.