@article{LendleinHeuchel2021, author = {Lendlein, Andreas and Heuchel, Matthias}, title = {Shape-memory polymers designed in view of thermomechanical energy storage and conversion systems}, series = {ACS central science}, volume = {7}, journal = {ACS central science}, number = {10}, publisher = {American Chemical Society}, address = {Washington}, issn = {2374-7951}, doi = {10.1021/acscentsci.1c01032}, pages = {1599 -- 1601}, year = {2021}, language = {en} } @article{ZhangSaidWischkeetal.2017, author = {Zhang, Nan and Said, Andre and Wischke, Christian and Kral, Vivian and Brodwolf, Robert and Volz, Pierre and Boreham, Alexander and Gerecke, Christian and Li, Wenzhong and Neffe, Axel T. and Kleuser, Burkhard and Alexiev, Ulrike and Lendlein, Andreas and Sch{\"a}fer-Korting, Monika}, title = {Poly[acrylonitrile-co-(N-vinyl pyrrolidone)] nanoparticles - Composition-dependent skin penetration enhancement of a dye probe and biocompatibility}, series = {European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics}, volume = {116}, journal = {European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics}, publisher = {Elsevier}, address = {Amsterdam}, issn = {0939-6411}, doi = {10.1016/j.ejpb.2016.10.019}, pages = {66 -- 75}, year = {2017}, abstract = {Nanoparticles can improve topical drug delivery: size, surface properties and flexibility of polymer nanoparticles are defining its interaction with the skin. Only few studies have explored skin penetration for one series of structurally related polymer particles with systematic alteration of material composition. Here, a series of rigid poly[acrylonitrile-co-(N-vinyl pyrrolidone)] model nanoparticles stably loaded with Nile Red or Rhodamin B, respectively, was comprehensively studied for biocompatibility and functionality. Surface properties were altered by varying the molar content of hydrophilic NVP from 0 to 24.1\% and particle size ranged from 35 to 244 nm. Whereas irritancy and genotoxicity were not revealed, lipophilic and hydrophilic nanoparticles taken up by keratinocytes affected cell viability. Skin absorption of the particles into viable skin ex vivo was studied using Nile Red as fluorescent probe. Whilst an intact stratum corneum efficiently prevented penetration, almost complete removal of the horny layer allowed nanoparticles of smaller size and hydrophilic particles to penetrate into viable epidermis and dermis. Hence, systematic variations of nanoparticle properties allows gaining insights into critical criteria for biocompatibility and functionality of novel nanocarriers for topical drug delivery and risks associated with environmental exposure.}, language = {en} } @phdthesis{Kaestner2021, author = {Kaestner, Pia Isabel}, title = {Neue Polymermaterialien auf der Basis von funktionalisierten ionischen Fl{\"u}ssigkeiten zur potentiellen Anwendung in Membranen}, doi = {10.25932/publishup-50940}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-509403}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {VI, 164}, year = {2021}, abstract = {Die vorliegende Arbeit thematisiert die Synthese und Charakterisierung von neuen funktionalisierten ionischen Fl{\"u}ssigkeiten und deren Polymerisation. Die ionischen Fl{\"u}ssigkeiten wurden dabei sowohl mit polymerisierbaren Kationen als auch Anionen hergestellt. Zum einen wurden bei thermisch initiierten Polymerisationen Azobis(isobutyronitril) (AIBN) verwendet und zum anderen dienten bei photochemisch initiierten Polymerisationen Bis-4-(methoxybenzoyl)diethylgermanium (Ivocerin®) als Radikalstarter. Mittels Gelpermeationschromatographie konnte das Homopolymer Polydimethylaminoethylmethacrylat untersucht werden, welches erst im Anschluss an die GPC-Messungen polymeranalog modifiziert wurde. Dabei wurden nach einer Quaternisierung und anschließender Anionenmetathese bei diesen Polymeren die Grenzviskosit{\"a}ten bestimmt und mit den Grenzviskosit{\"a}ten der direkt polymerisierten ionischen Fl{\"u}ssigkeiten verglichen. Bei der direkten Polymerisation von Poly(N-[2-(Methacryloyloxy)ethyl]-N-butyl-N,N-dimethyl-ammoniumbis(trifluormethylsulfonyl)imid) lag [η_Huggins] bei 100 mL/g und bei dem polymeranalog hergestellten Polymer betrug [η_Huggins] = 40 mL/g. Die ionischen Fl{\"u}ssigkeiten mit polymerisierbaren funktionellen Gruppen wurden mittels Photo-DSC hinsichtlich der maximalen Polymerisationsgeschwindigkeit (Rpmax), der Zeit, in der dieses Maximum erreicht wurde, tmax, ihrer Glas{\"u}berganstemperatur (Tg) und des Umsatzes an Vinylprotonen untersucht. Bei diesen Messungen wurde zum einen der Einfluss der unterschiedlichen Alkylkettenl{\"a}nge am Ammoniumion und der Einfluss von verschiedenen Anionen bei gleichbleibender Kationenstruktur analysiert. So polymerisierte das ethylsubstituierte Kation mit einer tmax von 21 Sekunden am langsamsten. Die maximale Polymerisationsgeschwindigkeit (Rpmax) betrug 3.3∙10-2 s-1. Die tmax Werte der {\"u}brigen alkylsubstituierten ionischen Fl{\"u}ssigkeiten mit einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe hingegen lagen zwischen 10 und 15 Sekunden. Die Glas{\"u}bergangstemperaturen der mittels photoinduzierter Polymerisation hergestellten Polymere lagen mit 44 bis 55 °C nahe beieinander. Alle Monomere zeigten einen hohen Umsatz der Vinylprotonen; er betrug zwischen 93 und 100\%. Mithilfe einer Bandanlage, ausger{\"u}stet mit einer LED (λ = 395 nm), konnten Polymerfilme hergestellt werden. Der Umsatz an Doppelbindungs{\"a}quivalenten dieser Filme wurde anhand der 1H-NMR Spektroskopie bestimmt. Bei der dynamisch-mechanischen Analyse wurden die Polymerfilme mit einer konstanten Heizrate und Frequenz periodisch wechselnden Beanspruchungen ausgesetzt, um die Glas{\"u}bergangstemperaturen zu bestimmen. Die niedrigste Tg mit 26 °C besaß das butylsubstituierte N-[2-(Methacryloyloxy)ethyl]-N-butyl-N,N-dimethyl-ammoniumbis(trifluormethylsulfonyl)imid, welches als Polymerfilm mit Ivocerin® als Initiator hergestellt wurde, wohingegen die h{\"o}chste Tg bei dem gleichen Polymer, welches direkt durch freie radikalische Polymerisation der ionischen Fl{\"u}ssigkeit in Masse mit AIBN hergestellt wurde, 51 °C betrug. Zus{\"a}tzlich wurden die Filme unter dem Aspekt der Topographie mit einem Rasterkraftmikroskop untersucht, welches eine Dom{\"a}nenstruktur des Polymers N-[2-(methacryloyloxy)ethyl]-N-butyl-N,N-dimethyl-ammonium tris(pentafluorethyl)trifluorphosphat offenbarte.}, language = {de} } @phdthesis{Cao2020, author = {Cao, Qian}, title = {Graphitic carbon nitride and polymer hybrid materials}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {132}, year = {2020}, abstract = {Advanced hybrid materials are recognized as one of the most significant enablers for new technologies, which holds true especially on the quest for sustainable energy sources and energy production schemes (e.g., semiconductor based photocatalytic materials). Usually, a single component is far from meeting all the demands needed for these advanced applications. Hybrid materials are composed of at least two components commonly an inorganic and an organic material on the molecular level, which feature novel properties exceeding the sum of the individual parts and might be the milestones of next-generation applications. This dissertation aims to provide novel combinations of the metal-free semiconductor graphitic carbon nitride (g-C3N4) with polymers to obtain materials with advanced properties and applications. Visible light constitutes the core of the present work as it is the only energy source utilized either in synthesis or in the application process. In the area of applications by combination of g-C3N4 and polymers, two different hybrids were thoroughly elucidated, i.e.. their design and construction as well as potential application in photocatalysis. Novel soft 3D liquid objects were formed via charge-interaction driven interfacial jamming between polyelectrolytes in aqueous environment and colloidal dispersions of g-C3N4 in edible sunflower oil. As such, stable liquid objects could be molded into specific shapes and utilized for photodegradation of organic dyes in water. Furthermore, the grafting of polymers onto g-C3N4 was investigated. Allyl-end functionalized polymers were grafted onto g-C3N4 by a photoinitiated process to yield g-C3N4 with versatile and improved properties, e.g. advanced dispersibility enabling processing via spin coating. As g-C3N4 produces radicals under visible light irradiation, which is of significant interest for polymer science, g-C3N4 containing polymer latex and macrogel beads (MGB) were synthesized by emulsion photopolymerization and inverse suspension photopolymerization, respectively. A well-controlled emulsion photopolymerization process via g-C3N4 initiation was designed, which features synthesis of well-defined and cross-linked polymer particles. Furthermore, the polymerization process was investigated thoroughly, indicating an ad-layer polymerization in early stages of the process. The utilization of functionalized g-C3N4 allowed the polymerization of various monomer types. Moreover, g-C3N4 was utilized as photoinitiator in hydrogel MGB formation. The formed MGB properties could be tailored via process design, e.g. stirring rate, cross-linker content and g-C3N4 content. Finally, MGBs were introduced as photocatalyst for waste water remediation, i.e. the degradation of Rhodamine B in aqueous solution was studied. The present thesis therefore builds a bridge between g-C3N4 and polymers and provides strategies for hybrid material formation. Furthermore, several potential applications are revealed with significant implications for photocatalysis, polymerization processes and polymer materials.}, language = {en} } @article{GhobadiHeuchelKratzetal.2012, author = {Ghobadi, Ehsan and Heuchel, Matthias and Kratz, Karl and Lendlein, Andreas}, title = {Influence of different heating regimes on the shape-recovery behavior of poly(L-lactide) in simulated thermomechanical tests}, series = {Journal of applied biomaterials \& functional materials}, volume = {10}, journal = {Journal of applied biomaterials \& functional materials}, number = {3}, publisher = {Wichtig}, address = {Milano}, issn = {2280-8000}, doi = {10.5301/JABFM.2012.10440}, pages = {259 -- 264}, year = {2012}, abstract = {Aim: Multifunctional polymer-based biomaterials, which combine degradability with a shape-memory capability and in this way enable the design of actively moving implants such as self-anchoring implants or controlled release systems, have been recently introduced. Of particular interest are approved degradable polymers such as poly(L-lactide) (PLLA), which can be easily functionalized with a shape-memory effect. In the case of semicrystalline PLLA, the glass transition can be utilized as shape-memory switching domain. Methods: In this work we applied a fully atomistic molecular dynamics simulation to study the shape-memory behavior of PLLA. A heating-deformation-cooling programming procedure was applied to atomistic PLLA packing models followed by a recovery module under stress-free conditions allowing the shape recovery. The recovery was simulated by heating the samples from T-low = 250 K to T-high = 500 K with different heating rates beta of 125, 40 and 4 K.ns(-1). Results: We could demonstrate that the obtained strain recovery rate (R-r) was strongly influenced by the applied simulation time and heating rate, whereby R-r values in the range from 46\% to 63\% were achieved. On its own the application of a heating rate of 4 K.ns(-1) enabled us to determine a characteristic switching temperature of T-sw = 473 K for the modeled samples. Conclusions: We anticipate that the atomistic modeling approach presented should be capable of enabling further study of T-sw with respect to the molecular structure of the investigated SMP and therefore could be applied in the context of design and development of new shape-memory (bio) materials.}, language = {en} } @misc{BleekTaubert2013, author = {Bleek, Katrin and Taubert, Andreas}, title = {New developments in polymer-controlled, bioinspired calcium phosphate mineralization from aqueous solution}, series = {Acta biomaterialia}, volume = {9}, journal = {Acta biomaterialia}, number = {5}, publisher = {Elsevier}, address = {Oxford}, issn = {1742-7061}, doi = {10.1016/j.actbio.2012.12.027}, pages = {6283 -- 6321}, year = {2013}, abstract = {The polymer-controlled and bioinspired precipitation of inorganic minerals from aqueous solution at near-ambient or physiological conditions avoiding high temperatures or organic solvents is a key research area in materials science. Polymer-controlled mineralization has been studied as a model for biomineralization and for the synthesis of (bioinspired and biocompatible) hybrid materials for a virtually unlimited number of applications. Calcium phosphate mineralization is of particular interest for bone and dental repair. Numerous studies have therefore addressed the mineralization of calcium phosphate using a wide variety of low- and high-molecular-weight additives. In spite of the growing interest and increasing number of experimental and theoretical data, the mechanisms of polymer-controlled calcium phosphate mineralization are not entirely clear to date, although the field has made significant progress in the last years. A set of elegant experiments and calculations has shed light on some details of mineral formation, but it is currently not possible to preprogram a mineralization reaction to yield a desired product for a specific application. The current article therefore summarizes and discusses the influence of (macro)molecular entities such as polymers, peptides, proteins and gels on biomimetic calcium phosphate mineralization from aqueous solution. It focuses on strategies to tune the kinetics, morphologies, final dimensions and crystal phases of calcium phosphate, as well as on mechanistic considerations.}, language = {en} } @phdthesis{Baczyński2009, author = {Baczyński, Krzysztof Konrad}, title = {Buckling instabilities of semiflexible filaments in biological systems}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-37927}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2009}, abstract = {In dieser Arbeit werden Knickinstabilit{\"a}ten von Filamenten in biologischen Systemen untersucht. Das Zytoskelett von Zellen ist aus solchen Filamenten aufgebaut. Sie sind f{\"u}r die mechanische Stabilit{\"a}t der Zelle verantwortlich und spielen eine große Rolle bei intrazellul{\"a}ren Transportprozessen durch molekulare Motoren, die verschiedene Lasten wie beispielsweise Organellen entlang der Filamente des Zytoskeletts transportieren. Filamente sind semiflexible Polymere, deren Biegeenergie {\"a}hnlich groß ist wie die thermische Energie, so dass sie auch als elastische Balken auf der Nanoskala gesehen werden k{\"o}nnen, die signifikante thermische Fluktuationen zeigen. Wie ein makroskopischer elastischer Balken k{\"o}nnen auch Filamente eine mechanische Knickinstabilit{\"a}t unter Kompression zeigen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird untersucht, wie diese Instabilit{\"a}t durch thermische Fluktuationen der Filamente beeinflusst wird. In Zellen k{\"o}nnen Kompressionskr{\"a}fte durch molekulare Motoren erzeugt werden. Das geschieht zum Beispiel w{\"a}hrend der Zellteilung in der mitotischen Spindel. Im zweiten Teil der Arbeit untersuchen wir, wie die stochastische Natur einer von Motoren generierten Kraft die Knickinstabilit{\"a}t von Filamenten beeinflusst. Zun{\"a}chst stellen wir kurz das Problem von Knickinstabilit{\"a}ten auf der makroskopischen Skala dar und f{\"u}hren ein Modell f{\"u}r das Knicken von Filamenten oder elastischen St{\"a}ben in zwei Raumdimensionen und in Anwesenheit thermischer Fluktuationen ein. Wir pr{\"a}sentieren eine analytische L{\"o}sung f{\"u}r Knickinstabilit{\"a}ten in Anwesenheit thermischer Fluktuationen, die auf einer Renormierungsgruppenrechnung im Rahmen des nichtlinearen Sigma-Models basiert. Wir integrieren die kurzwelligen Fluktuationen aus, um eine effektive Theorie f{\"u}r die langwelligen Moden zu erhalten, die die Knickinstabilit{\"a}t bestimmen. Wir berechnen die {\"A}nderung der kritischen Kraft f{\"u}r die Knickinstabilit{\"a}t und zeigen, dass die thermischen Fluktuationen in zwei Raumdimensionen zu einer Zunahme der kritischen Kraft f{\"u}hren. Außerdem zeigen wir, dass thermische Fluktuationen im geknickten Zustand zu einer Zunahme der mittleren projizierten L{\"a}nge des Filaments in Richtung der wirkenden Kraft f{\"u}hren. Als Funktion der Konturl{\"a}nge des Filaments besitzt die mittlere projizierte L{\"a}nge eine Spitze an der Knickinstabilit{\"a}t, die durch thermische Fluktuationen abgerundet wird. Unser Hauptresultat ist die Beobachtung, dass ein geknicktes Filament unter dem Einfluss thermischer Fluktuationen gestreckt wird, d.h. dass seine mittlere projizierte L{\"a}nge in Richtung der Kompressionskraft auf Grund der thermischen Fluktuationen zunimmt. Unsere analytischen Resultate werden durch Monte-Carlo Simulationen der Knickinstabilit{\"a}t semiflexibler Filamente in zwei Raumdimensionen best{\"a}tigt. Wir f{\"u}hren auch Monte-Carlo Simulationen in h{\"o}heren Raumdimensionen durch und zeigen, dass die Zunahme der projizierten L{\"a}nge unter dem Einfluss thermischer Fluktuationen weniger ausgepr{\"a}gt ist und stark von der Wahl der Randbedingungen abh{\"a}ngt. Im zweiten Teil der Arbeit formulieren wir ein Modell f{\"u}r die Knickinstabilit{\"a}t semiflexibler Filamente unter dem Einfluss molekularer Motoren. Wir untersuchen ein System, in dem sich eine Gruppe von Motoren entlang eines fixierten Filaments bewegt, und dabei ein zweites Filament als Last tr{\"a}gt. Das Last-Filament wird gegen eine Wand gedr{\"u}ckt und knickt. W{\"a}hrend des Knickvorgangs k{\"o}nnen die Motoren, die die Kraft auf das Filament generieren, stochastisch von dem Filament ab- und an das Filament anbinden. Wir formulieren ein stochastisches Model f{\"u}r dieses System und berechnen die "mean first passage time", d.h. die mittlere Zeit f{\"u}r den {\"U}bergang von einem Zustand, in dem alle Motoren gebundenen sind zu einem Zustand, in dem alle Motoren abgebunden sind. Dieser {\"U}bergang entspricht auch einem {\"U}bergang aus dem gebogenen zur{\"u}ck in einen ungebogenen Zustand des Last-Filaments. Unser Resultat zeigt, dass f{\"u}r gen{\"u}gend kurze Mikrotubuli die Bewegung der Motoren von der durch das Last-Filament generierten Kraft beeinflusst wird. Diese Ergebnisse k{\"o}nnen in zuk{\"u}nftigen Experimenten {\"u}berpr{\"u}ft werden.}, language = {en} }