Benetzung steuert Funktionaliserung von Nanoporen

Erstmals drei unterschiedliche Funktionalitäten präzise in Nanoporen platziert

26.03.2020

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der TU Darmstadt und der FAU Erlangen-Nürnberg nutzen Benetzungseffekte zusammen mit orthogonaler Oberflächenchemie, um drei verschiedene Funktionen präzise in Nanoporen zu platzieren.

isualisierung des zweiten Funktionalisierungsschrittes: Aufgrund der flüssigkeitsabweisend gemachten Poreninnenwände (Schritt 1) wird nur die Oberfläche funktionalisiert. In einem zweiten Schritt wird ein Lösungsmittel hinzugegeben, so dass die Polymerlösung eindringt und auch den Boden der Poren funktionalisiert.

Biologische Membranen sind für bestimmte Stoffe durchlässig, für andere wiederum nicht. Mit komplexen Strukturen können sie den Transport von Molekülen sehr genau regulieren. Für Anwendungen im Bereich der Sensorik und der Stofftrennung sind künstlich hergestellte nanoporöse Membranen nach dem Vorbild der Natur interessant . Das räumlich exakte Einbringen von funktionalen Einheiten wie etwa Polymerketten in die Poren ist jedoch eine Herausforderung. Mittels einer Veränderung der Benetzbarkeit der Porenwand ist es Wissenschaftler*innen der Arbeitsgruppe um Professorin Annette Andrieu-Brunsen (TU Darmstadt) und Prof. Nicolas Vogel (FAU Erlangen-Nürnberg) nun erstmals gelungen, drei unterschiedliche Funktionalisierungen exakt in Nanoporen einzubringen.

Als Grundlage verwendeten die Wissenschaftler*innen Silica-Schichten, die durch Zugabe von Nanopartikeln und deren anschließender Entfernung eine Lochstruktur erhielten. Die Substratoberfläche und der Boden der Poren wurde mit einer 20 Nanometer dünnen Goldschicht bedampft – die Porenwände blieben frei.

In einem weiteren Schritt wurden die nicht mit Gold bedeckten Porenwände mit einer speziellen Polymerisationstechnik flüssigkeitsabweisend gemacht. Das hat den Effekt, dass während des folgenden Funktionalisierungsschrittes nur die Oberfläche mit der Polymerlösung in Kontakt kommt.

In einem weiteren Schritt wird der Lösung mit dem zweiten funktionalen Polymer ein Lösungsmittel zugegeben, welches deren Oberflächenspannung erhöht. Diese Lösung dringt nun bis auf den Boden der Poren und ermöglicht dort eine räumlich gezielte Polymerisation.

Die Multifunktionalisierung demonstrierten die Wissenschaftler*innen demonstrierten anschließend mithilfe Kontaktwinkelmessungen, Infrarot- und Photoelektronenspektroskopie (XPS).

Die Publikation

Ochs, M., Mohammadi, R., Vogel, N., Andrieu‐Brunsen, A., Wetting‐Controlled Localized Placement of Surface Functionalities within Nanopores. Small 2020, 1906463. https://doi.org/10.1002/smll.201906463