Photoresponsive Materialien

Licht ermöglicht eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung, um Eigenschaften und Funktion von Materialien präzise zu steuern. Wir synthetisieren neue photoresponsive Polymere und Nanopartikel für biomedizinische Anwendungen, Beschichtungen, Energiespeicherung, Selbstheilung und lichtgeführte Selbstorganisation. Unser Ziel ist es, grundlegende Fragen zu photoresponsiven Materialien zu lösen, mit der Perspektive zukünftiger Anwendungen.

Abbildung 1: Eigenschaften von photoresponsiven Ru-Komplexen

Wir verwenden Ru-Komplexe als Bausteine, um photoresponsive Polymere, Oberflächen und Nanopartikel zu konstruieren (Abbildung 1). Photoresponsive Rutheniumkomplexe haben einige interessante Eigenschaften. Erstens reagieren Rutheniumkomplexe auf sichtbares Licht. Die empfindliche Wellenlänge kann durch ein geeignetes Strukturdesign weiter in den NIR-Bereich rot verschoben werden. Zweitens kann die reaktionsfähige Koordinationsbindung in Ru-Komplexen zur Konstruktion reversibler und dynamischer Systeme genutzt werden. Drittens haben eignen sich einige Ruthenium-Komplexe zur Krebsbekämpfung, ähnlich wie das Krebsbekämpfung eingesetze Cisplatin. Viertens induzieren Ruthenium-Komplexe die Bildung von Singulett-Sauerstoff, ähnlich zu in der photodynamischen Therapie verwendeten Medikamenten. Aufgrund dieser interessanten Eigenschaften haben Ruthenium-Komplexe viele potenzielle Anwendungen.

Abbildung 2. Durch sichtbares Licht induzierte Photoisomerisierung eines Polymers mit tetraortho-methoxysubstituierten Azobenzolgruppen erlaubt eine reversible Photostrukturierung.

Wir verwenden auch Azobenzol als Bausteine zur Herstellung von photoresponsiven Polymeren, Hydrogelen und Nanopartikeln  Abbildung 2 zeigt ein Beispiel: Ein auf sichtbares Licht ansprechendes Azopolymer wird auf eine reversible Fotomusterung aufgebracht.

Aufkonvertierende Nanopartikel als Bestandteil von photoresponsiven Materialien für das nahe Infrarot (NIR) für medizinische Anwendungen.

Aufkonvertierende Materialen dienen dazu, Licht mit langer Wellenlänge (z.B. Infrarot) in Licht mit kürzerer Wellenlänge (z.B. sichtbar) umzuwandeln. Aufkonvertierende Nanopartikel dienen als Bausteine, um lichtempfindliche Materialien für das nahe Infrarot (NIR) zu konstruieren. Wir kombinieren aufkonvertierende Nanopartikel mit herkömmlichen photoresponsiven Verbindungen, um NIR-empfindliche Materialien zu konstruieren. Diese sind besonders nützlich für biomedizinische Anwendungen, da die Eindringtiefe in Gewebes für NIR wesentlich höher ist als für andere Wellenlängen (Abbildung 3).

Basierend auf photoschaltbarem Azobenzenen oder Ru-Komlexen entwickeln wir photoschaltbare Polymere und Supramoleküle. Wir kontrollieren Glasübergangstemperatur, Adhäsion, Phaseübergänge, Farben, Morphologien usw. mit Licht. Wellenlängenkonvertierende Nanopartikel erlauben es uns mit Licht im nahen Infrarot (NIR) schaltbare Materialien zu entwickeln, die für biomedizinische Anwendungen in tiefen Gewebeschichten geeignet sind.

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