Schaltbare Mikrofluidik

Die Juniorforschungsgruppe Schaltbare Mikrofluidik wurde 2015 eingerichtet. Sie wird durch das Projekt „Bio/Synthetische Multifunktionale Mikro-Produktionseinheiten“ des Leibniz Research Clusters (LRC) gefördert. Ihr Ziel ist die Entwicklung schaltbarer strukturierter Oberflächen zur Anwendung in Gebieten wie Biosynthese, Biomedizin, Anwuchsverhinderung, Bildgebung und Adhäsion. Zu diesem Zweck entwickeln und synthetisieren wir neue intelligente Materialien, die ihre Eigenschaften wie Volumen, Form, Benetzbarkeit, optische und mechanische Eigenschaften, Adhäsion und Oberflächengeometrie in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen ändern können. Diese Verbindungen werden über diverse Ansätze, wie z.B. Polymerisation, Selbstorganisation, molekulare Wiedererkennung oder Mischung zu responsiven Komponenten verarbeitet. Außerdem untersuchen wir die Anwendung von Nano- und Mikrotechnologien für die Herstellung neuer Materialien. Auf Basis dieser Verbindungen und Komponenten werden schaltbare Oberflächen hergestellt.

Ihre Ansprechpersonen

Cui
Leiter Schaltbare Mikrofluidik
Telefon: +49 (0)681-9300-350
Diana Löb Quadrat
Sekretärin
Telefon: +49 (0)681-9300-502
    Schaltbare Oberflächen mit Mikro-/Mesostruktur

    Wir beschäftigen uns mit schaltbaren Oberflächen mit einer Mikro-/Mesostruktur. Zurzeit entwickeln wir neue schaltbare Oberflächen mit Mesostruktur als Mikroreaktor-Plattformen, die ein gleichzeitiges und nie dagewesenes Ausmaß an Kontrolle über Reaktionswege ermöglichen. Den Anstoß zu diesem Projekt lieferte die kompartimentalisierte Synthesestrategie in lebenden Zellen: Chemische Reaktionen, die unter definierten Bedingungen initiiert werden, enden in dem erforderlichen Ausmaß mit dem gewünschten Produkt, das automatisch auf programmierbare und präzise gesteuerte Weise in das nächste Reaktionskompartiment überführt werden kann. Um dies nachzubilden, gestalten wir eine komplexe Struktur, die aus einer Oberfläche mit einer Mesostruktur aus geometrisch angeordneten Hohlsäulen und einem weichen Aktorsystem besteht, das die Kanäle umschalten kann. Wir entwickeln weiche Aktormaterialien, wie smarte Hydrogele, Flüssigkristall-Elastomere, Magnet-Verbundstoffe usw., studieren die Grenzschichtadhäsion zwischen verschiedenen Materialien und untersuchen Meso-/Mikrofabrikationstechnologien.

    Figure 1

    Repräsentative Publikationen

    • Cui, J., Miguel, V.S., del Campo, A. (2013) Light-triggered multifunctionality at surfaces mediated by photolabile protecting groups. Macromol Rapid Commun 34: 310-329.- doi: 10.1002/marc.201200634
    • Cui, J., Drotlef, D.-M, Larraza, I., Fernandez-Blazquez, J.P., Boesel, L.F., et al. (2012) Bioinspired actutated adhesive patterns of liquid crystalline elastomers. Adv Mater 24: 4601-4604.- doi: 10.1002/adma.201200895
    Bewegliche Oberflächen

    Flüssigkeit stellt ein neues Strukturmaterial für die Schaffung multifunktioneller Oberflächen dar. Wir beschäftigen uns mit der Entwicklung smarter Flüssigkeiten für die Herstellung smarter beweglicher Oberflächen, bei denen Benetzbarkeit, Durchlässigkeit, optische Eigenschaften, Selbstheilungsfähigkeit, Adhäsion usw. schaltbar sind. Wir konzentrieren uns außerdem auf dynamische Substrate für die Stabilisierung von Flüssigkeiten in einem Kontrollmodus, wie Kontrollfreisetzung, -lokalisierung, -mobilität, -migration, -transport, und die Aufbewahrung von Flüssigkeiten. Mit diesen beweglichen Oberflächen zeigen wir deren potenzielle Anwendung als Bewuchsschutz-, Selbstheilungsbeschichtungen oder Vorlagen für die Herstellung von weicher Hochleistungsmaterie.

    Figure 2

    Hydrogelwerkstoffe

    Hydrogele sind Werkstoffe, die aus in Wasser dispergierten, vernetzten Polymernetzwerken bestehen. Unter externen Reizen können sie eine erhebliche Volumenänderung erfahren und stellen somit vielversprechende Aktorsysteme dar. Das vergleichsweise schlechte mechanische Verhalten von Hydrogelen bleibt allerdings eine Herausforderung und verhindert ihre Verwendung in der täglichen Praxis, für die mechanische Integrität erforderlich ist. Wir konzipieren dynamische Vernetzungsmechanismen zur Stärkung der mechanischen Leistung von Hydrogelen und erforschen deren Anwendungsmöglichkeiten auf dem Gebiet der Ingenieurwissenschaften und der Medizin.

    Figure 3

    Representative Publications:

    • Jeon, I., Cui, J., Illeperuma, W.R.K., Vlassak, J.J., Aizenberg, J. (2016) Extremely Stretchable and Fast Self-Healing Hydrogels. Adv Mater.- doi: 10.1002/adma.201600480
    • Cui, J., del Campo, A. (2012) Multivalent H-bonds for self-healing hydrogels. Chem Commun 48: 9302-9304.- doi: 10.1039/C2CC34701F
    Gequollene Elastomere

    Wie untersuchen gequollene Elastomermaterialien oder direkt hergestelltes Organogel, einschließlich ihrer Herstellung, Mikrostruktur, Oberflächeneigenschaften, mechanischen Leistungen, Reaktionen zwischen Polymerketten und Reaktanten in der Flüssigphase usw.

    Figure 4

    Representative Publication:

    • Cui J, Daniel D, Grinthal A, Lin K, Aizenberg J (2015) Dynamic polymer systems with self-regulated secretion for the control of surface properties and material healing. Nat Mater 14: 790-795.- doi: 10.1038/nmat4325