Von temporär vernetzten Grenzflächenfilmen zu Mikrokapseln

Abstract

Durch die vielfältigen technischen Anwendungsmöglichkeiten mikroverkapselter Systeme besteht ein stetiges Interesse an neuartigen Grenzflächen- und Membranfilmen, die eine effektive Stabilisierung von Emulsionstropfen ermöglichen. Im Rahmen dieser Dissertation wurden erstmals temporär vernetzte Mikrokapseln entwickelt, charakterisiert und ihr Verhalten in externen Zentrifugal- und Scherfeldern untersucht. Im Vordergrund stand dabei der Vergleich zweier unterschiedlicher Substanzklassen, Sorbitanester und Rinderserumalbumin (BSA). Beide Systeme bildeten durch Selbstorganisation der amphiphilen Moleküle viskoelastische Filme an Phasengrenzflächen. Eine besondere Aufmerksamkeit gilt dem Sorbitanester Span 65, dessen Filme sich bereits in vorherigen Arbeiten durch eine ausgeprägte Viskoelastizität auszeichneten. Mittels verschiedener strukturanalytischer Methoden konnte die Ursache ihrer Viskoelastizität aufgeklärt werden. Dieser makroskopische rheologische Effekt kam allein durch die Existenz der monomolekularen Schicht zustande, die aus einer Kombination aus festen Schollen und fluiden Schaumstrukturen besteht und dem System eine ausgeprägte Flexibilität verleiht. Die Proteinfilme bildeten ebenfalls temporäre Netzwerke. Diese ließen sich durch gezielte Vernetzungsreaktionen in permanente Netzwerke umwandeln, welche vergleichbare Elastizitäten aufweisen. Dies ermöglicht eine sehr gezielte Anpassung der Filmeigenschaften an die gewünschten Anforderungen (z.B. Stabilität, Flexibilität etc.). Auf Basis der erhaltenen Ergebnisse konnten Mikrokapseln entwickelt werden, deren Stabilisierung durch die Selbstorganisation der grenzflächenaktiven Substanzen zustande kam. Diese Partikel vereinen die Vorteile von Flüssigkeitstropfen und permanent vernetzten Kapseln, was sie für eine Vielzahl an Anwendungen interessant macht. Im Vergleich zu klassischen Polymerkapseln mit Polysiloxan- oder Polyacrylamidmembranen bieten temporär vernetzte Kapseln die Vorteile einer einfachen Herstellung, gut reproduzierbarer Eigenschaften, ultradünnen Wandstärken und einer augeprägten Biokompatibilität. Ihre außergewöhnliche Deformierbarkeit bei gleichzeitig hoher Stabilität ist insbesondere für die Modellbetrachtung biologischer Zellen interessant. Die Regenerationsfähigkeit der temporären Netzwerke verhindert außerdem die Zerstörung der Kapseln unter äußerer Belastung, was für eine Vielzahl von Simulationsprozessen von großer Bedeutung ist. In einer Reihe von Experimenten konnten charakteristische Deformations- und Orientierungsmodi gefunden werden, welche bisher primär für Mikrokapseln mit festkörperartiger Hülle bekannt sind. Die Ergebnisse der Kapseluntersuchungen in externen Kraftfeldern ergaben insgesamt ähnliche Werte für die Elastizität, Komprimierbarkeit und die Stabilität gegenüber Scher- und Dehnkräften und ermöglichten somit die umfassende Charakterisierung der Kapseln im Hinblick auf zukünftige Anwendungen.