Neue intelligente Polymere sorgen dafür, dass sich Materialien in ihren Eigenschaften autonom ihren Umgebungsbedingungen anpassen können. Konkret zeigen die Materialien abhängig von Luftfeuchte und Temperatur Steifigkeitsänderungen über mehr als vier Größenordnungen und lassen sich selbst bei großen Deformationen elastisch verformen. Damit können die Forschenden die mechanischen Eigenschaften für die unterschiedlichsten Anwendung einstellen.
Polymere mit extrem hoher Anpassungsfähigkeit
Die korrespondierende Autorin der entsprechenden Studie, Prof. Sabine Ludwigs vom Institut für Polymerchemie der Universität Stuttgart, bezeichnet die Werkstoffe als „Intelligente Gummimaterialien“ und ergänzt: „Diese extreme Anpassungsfähigkeit macht unsere Polymere extrem attraktiv für Roboter aus weichen organischen Materialien, wie sie – Stichwort Soft Robotics – beispielsweise in der Biomedizin oder auch bei Such- und Bergungseinsätzen verwendet werden.“ Auch für intelligente Hautanwendungen wie etwa Exoskelette aus weichen flexiblen Stoffen, seien die Polymere sehr gut geeignet.
Bei beiden Anwendungen muss das Material sowohl schnelle als auch langsame Bewegungen ermöglichen, also einstellbare viskoelastische Eigenschaften aufweisen. „Unser Material kann das“, sagt Prof. Holger Steeb vom Institut für Mechanik der Universität Stuttgart.
Polymer im Pflaster reagiert auf Wundfeuchte
Die Anpassung an Feuchte und die reversible Wasseraufnahmefähigkeit eröffnen weiterhin den Einsatz als Pflaster für die kontrollierte Arzneimittelfreigabe durch die Haut. Ganz konkret experimentierten die Forschenden mit der Freigabe des Schmerzmittels Diclofenac in einem Hautmodell. „Der Trick besteht darin, dass die Wirkstofffreisetzung als Reaktion auf die veränderliche Feuchte der Wunde, also abhängig vom Wundexsudat, vom Pflaster selbst gesteuert wird“, erklärt die Pharmazie-Expertin Dominique Lunter von der Universität Tübingen.
Über die Feuchte- und Temperaturabhängigkeit hinausgehend wollen die Stuttgarter Forschenden in Zukunft multifunktionale Materialsysteme untersuchen, die sich sowohl autonom an ihre Umgebung anpassen, als auch auf aktive Trigger wie zum Beispiel elektrische Stimuli reagieren können. Geplant ist auch die Modellierung und damit die Vorhersage komplexer Architekturen auf der Basis von Simulationen.
Kontakt:
Universität Stuttgart
Prof. Sabine Ludwigs
Telefon: +49 (0)711 685 64441
E-Mail sabine.ludwigs@ipoc.uni-stuttgart.de
Prof. Holger Steeb
Telefon +49 (0)711 685 66029
E-Mail: holger.steeb@mechbau.uni-stuttgart.de
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202300937
