Die AG Mayer beschäftigt sich mit der Synthese und Charaktrisierung von Vesikeln und Nanopartikeln. Die Nanopartikel und Vesikel werden für den Einsatz in technischen und medizinischen Projekten optimiert.

Ein Schwerpunkt unserer aktuellen Forschung liegt im Bereich der Einkapselung von Wirkstoffen in polymere Nanokapseln. Solche Systeme, zu denen sowohl Nanosphären als auch Nanokapseln gehören, können beispielsweise als Träger pharmazeutischer Wirkstoffe oder von genetischem Material dienen.

Ein zentrales Projekt befasst sich derzeit mit der Herstellung von Nanokapseln als künstliche Sauerstoffträger, die in wässriger Dispersion als Blutersatz eingesetzt werden können. Diese Arbeiten werden derzeit in Kooperation mit dem Institut für Physiologie (Jun.-Prof. Dr. rer. nat. Katja Ferenz) durchgeführt.

Die Nanokapseln die für den technischen Einstatz bestimmt sind werden dort als "Container" für z.B. Korrosionsschutzmittel mittels Galvanik auf Metalloberflächen aufgebracht. Eine weitere Anwendung zur Funktionalisierung von Oberflächen besteht in der Verwendung der Nanokapseln in Lacken.

Zur Charakterisierung von nanoskaligen Systemen nutzen wir die spezielle Methoden der Pulsed field gradient Kernresonanzspektroskopie (PFG NMR) , die vielfältige Informationen zur Struktur, Dynamik und zu den physikalisch-chemischen Eigenschaften kleiner Kapseln, Vesikel, Mikroemulsionen und auch lebender Zellen liefern.

Neben der Kapselgröße kann so auch die Verkapselungseffizient, bzw. die Permeabilität der Kapselwand charakterisiert werden.

Nach heutigen Stand der Technik können polymere Nanokapseln in flüssiger Phase nach vier verschiedenen Methoden synthetisiert  werden:
 

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• Layer-by-Layer-Methode (a)
• Selbstassoziation (b)
• Grenzflächen-Fällung (c)
• Grenzflächen-Polymerisation (d)

Wichtige Verfahren zur Herstellung von Kapseln sind die Layer-by-Layer-Methode (a) und die Selbstassoziation (b). Bei der Layer-by-Layer-Methode (a) werden geladene Kettenmolekule Lage um Lage auf Nanosphären abgeschieden, so dass sich ähnlich einer Zwiebelschale ein mehrschichtiger Aufbau der Lagen ergibt. Im Anschluss wird die Nanosphäre im Kern der Kapsel aufgelöst, so dass nun eine mehrschichtige Nanokapsel vorliegt. Die Selbstassoziation (b) fuhrt durch selbsttätiges Aneinanderlagern von oberflächenaktiven Polymermolekulen zu polymeren Vesikeln, die als dynamische und kurzlebige Kapselstrukturen beschrieben werden können. Die Kapselmembran besteht aus einer Doppelschicht, wobei der hydrophile Molekül-Teil nach außen und der hydrophobe Teile des Moleküls nach innen zeigt, wenn als kontinuierliche Phase Wasser eingesetzt wird.

Sowohl die Grenzflächen-Fällung (c) als auch die Grenzflächen-Polymerisation (d) basieren darauf, dass zunächst einmal eine Emulsion (also die feine Verteilung von Flüssigkeitstöpfchen in einer Flussigkeit (kontinuierlche Phase)) hergestellt wird. Die dabei erzeugten Tröpfchen bilden fur den nachfolgenden Schritt die  "Form" der Kapseln. Meist bestehen die verteilten Tröpfchen aus einer organischen Phase (Öl, organisches Lösungsmittel), welche sich nicht in Wasser löst. Dann wird entweder das Monomer in der organsichen Phase gelöst und z.B. durch Verminderung des Säuregrades an der Grenzfläche zur Polymerisation gebracht (Grenzflächen-Polymerisation, d), oder das bereits vorgebildete Polymer wird in der organischen Phase gelöst sodass es an der Grenzfläche ausgefällt (Grenzflächen-Fällung, c)

Bilder und Texte aus: 

• Linders, Jürgen;

  Untersuchung nanoskaliger Systeme mit Feldgradienten NMR : Von Amphiphilen bis zur Nanokapsel

  Duisburg, Essen (2014) 226 S. : graph. Darst.

   

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