FORSCHUNG — 91 Abb. 2. Kolloidale Licht-getriebene Wasserstoffentwicklung — Immobilisierung von Photosensibilisatoren und Katalysatoren in Interpolyelektrolytkomplexen (IPECs). Bild aus Ref. [5] Im Rahmen des Transregio-SFB „CataLight“ untersuchen wir die Einbettung von katalytisch aktiven Einheiten in weiche Materie. Dies erlaubt die Kontrolle der lokalen Umgebung um katalytisch aktive Zentren, ggf. einen Austausch inaktiver Katalysatoren/Sensibilisatoren, sowie oft eine erhöhte Aktivität bei niedrigen Überschüssen an PS im Vergleich zur homogenen Katalyse in Lösung. Wir könnten kürzlich zeigen, dass Polyoxometalatbasierte Wasseroxidation in nanoporösen Membranen möglich ist und auch eine lokale Bestimmung der Umsatzzahlen (TON) ermöglicht [4]. Allerdings erfolgt hier die Immobilisierung von KAT/PS noch elektrostatisch und das „ausspülen“ der Bausteine ist ein Problem. Durch Kombination unterschiedlich funktionalisierter Pfropfcopolymere konnten wir auch zeigen, dass kolloidale IPECs eine hochinteressante Plattform für heterogene Licht-getriebene Katalyse sind [5]. Die kolloidale Stabilität (und Aktivität) lässt sich hier zudem über pH-Wert und Ionenstärke steuern. Komplett Edelmetall-freie Lichtgetriebene Wasserstoff-Entwicklung konnten wir in Polyampholyt-basierten Hydrogelen realisieren [6]. Auch hier erfolgt eine Immobilisierung der KAT (Molybdänsulfid) und PS (Rylen-basiert) elektrostatisch, aber dies erlaubt auch eine Licht-getriebene Katalyse in weichen Matrizen: Edelmetall-frei und reparabel? wiederholte Beladung nach mehreren Katalysezyklen (Reparatur). [4] J. Kund, J.-H. Kruse, A. Gruber, I. Trentin, M. Langer, C. Read, G. Neusser, D. Blaimer, U. Rupp, C. Streb, K. Leopold, F. H. Schacher, C. Kranz, “Multimodal analysis of light-driven water oxidation in nanoporous block copolymer membranes”, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202217196 (DOI: 10.1002/anie.202217196) [5] A. Nabiyan, C. Neumann, A. Turchanin, F. H. Schacher, “Hybrid nanoreactors formed by interpolyelectrolyte complex formation: a colloidal platform for light-driven catalysis”, J. Mater. Chem A 2024, 12, 14389-14397 (DOI: 10.1039/D4TA01824A) [6] T. Ceper, D. Costabel, D. Kowalczyk, K. Peneva, F. H. Schacher, “Noble Metal-Free Light-Driven Hydrogen Evolution Catalysis in Polyampholytic Hydrogel Networks”, ACS Appl. Mater. Int. 2024, 16, 2479624805 (DOI: 10.1021/acsami.4c04045) Abbaubare Hydrogele als Plattform für Zellwachstum und –beobachtung Im Rahmen des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ haben wir uns mit der Entwicklung einer Plattformtechnologie für multifunktionale und abbaubare Hydrogele beschäftigt. Die Materialien basieren auf sternförmigen PEG-Bausteinen, die an einzelnen Armen funktionalisiert werden können. Die Vernetzung erfolgt mit verschiedenen, teils abbaubaren und geladenen Diacrylaten.[7] Durch Art und Anzahl der Vernetzungspunkte können wir die Abbaurate einstellen, durch die Funktionalisierung einzelner Arme durch Polyelektrolyte oder Polyampholyte können wir Wachstumsfaktoren immobilisieren oder sogar Schadstoffe aus wässrigen Medien adsorbieren.[8] Derzeit untersuchen wir die Einbringung von Sauerstoff-Sensoren um damit das Wachstum von Zellen verfolgen zu können. [7] K. Kowalczuk, A. Dasgupta, F. Paez-Larios, H. F. Ulrich, V. Wegner, J. C. Brendel, C. Eggeling, A. S. Mosig, F. H. Schacher, “Self-Degrading Multifunctional PEG-Based Hydrogels – Tailormade Substrates for Cell Culture”, Macromol. Biosci. 2024, 24, 2300383 (DOI: 10.1002/ mabi.202300383). [8] K. Kowalczuk, V. D. Wegner, A. S. Mosig, F. H. Schacher, “Tailoring the Degradation Time of Polycationic PEG-Based Hydrogels toward Dynamic Cell Culture Matrices”, ACS Appl. Bio Mater. 2024, 7, 24022412 (DOI: 10.1021/acsabm.4c00057). Abb. 3. Polyethylenoxid-basierte Hydrogele mit degradierbaren Vernetzungspunkten als erster Schritt hin zu einer artifiziellen extra-zellulären Matrix (ECM). Bild aus Ref. [8]
RkJQdWJsaXNoZXIy OTI3Njg=