Synthesis and characterization of photo-crosslinkable polymers and hydrogel thin films

Polymer-Hydrogele stehen auf Grund ihrer vielfältigen Eigenschaften, wie Biokompatibilität oder des sogenannten „smarten“ Verhaltens, im Fokus der Forschung. Letzteres ist auch der Schwerpunkt der vorgelegten Arbeit. Die Hydrogele werden aus responsiven Polymeren (z. B. Temperatur und pH-Wert) hergestellt. Eine Änderung im Quellverhalten beeinflusst direkt andere Materialeigenschaften, wie Brechungsindex, Permeabilität, Elastizitätsmodul, Oberflächenspannung oder Adhäsions-eigenschaften. Diese steuerbaren Eigenschaftsänderungen wurden für den schaltbaren Transport von Ionen und Molekülen durch das Material, zur kontrollierten Freisetzung von Medikamenten und in verschiedenen Sensoren und Aktoren genutzt. Der besondere Vorteil von dünnen Hydrogel-schichten, wie sie z. B. in miniaturisierten Bauelementen verwendet werden, ist die schnelle Antwortzeit. Die Erzeugung von dünnen Hydrogelschichten ist auch für die Modifizierung von Ober- und Grenzschichten interessant, wobei diese mit gepfropften Polymeren konkurrieren. Ein 3D-Polymernetzwerk ist im Vergleich zu Polymerbürsten, also Polymere, die mit einem Kettenende an Oberflächen angebunden sind, stabiler, da sie viele Bindungsstellen besitzen.In der Arbeit wurden folgende Aspekte bearbeitet: Synthese von funktionalen Monomeren basierend auf Vanillin und deren Copolymerisation; Synthese von hydrophilen Homo- und Copolymeren verschiedener Monomere, um geeigneten Übergangstemperaturen einzustellen. Alle Polymere wurden mittels NMR- und FTIR-Spektroskopie, GPC und DSC charakterisiert; Dimethylmaleimidegruppen wurden in die Polymere durch geeignete Comonomere eingefügt. Diese Gruppen ermöglichen eine Vernetzungsreaktion über [2+2]-Cycloadditionen durch UV-Licht.Polymer hydrogels have been our focus of research because of their range of importantproperties, such as biocompatibility, and responsive behavior. The responsive behavior ofspecial hydrogels is of special concern in this study. The hydrogel is synthesized from stimuliresponsivepolymers, sensitive to the surrounding aqueous solution (for example, temperature,and pH). This change in swelling degree refers to changes of many properties of the materialslike; refractive index, permeability, elastic modulus, interfacial tension, adhesion, etc. Thephysical properties of stimuli responsive hydrogels have been explored for the tunable andswitchable transport of ions and molecules across the material, controlled uptake and releaseof chemicals by bulk hydrogels, and various kinds of sensors and actuators. The advantages ofhydrogel thin films have been explored for the fabrication of miniaturized devices with fastresponse times. Hydrogel thin films have also attracted interest as an approach to responsivesurfaces and interfaces, where they compete with grafted polymer layers. A 3D polymernetwork is much more stable at interfaces when compared with polymer brushes, wherepolymer chains are grafted to the surface via only one functional group while the polymernetwork is linked to the surface by multiple anchoring points. Our studies were focused on the following; First of all we focused on the synthesis of new functional monomers; therefore, weused vanillin as start compound in the synthesis of three monomers: 4-formyl-2-methoxyphenylacrylate (VA), 2-[(diethylamino)methyl]-4-formyl-6-methoxyphenylacrylate (DEMAVA), and [Tag der Verteidigung: 02.04.2012Paderborn, Univ., Diss., 201