"Totem Material ein wenig Leben einhauchen": Reversibel schaltbare Kunststoffe

Im Rahmen einer "Experiment!" Förderung arbeitet der Chemiker Martin Hager von der Universität Jena an Polymeren, die ihre Eigenschaften reversibel je nach der Menge der vorliegenden Partikel verändern sollen.

Mann vor Tintenfisch-Foto
Martin Hager greift bei der Polymerforschung Phänomene wie tierische Biolumineszenz auf.
(Foto: Jens Meyer, Universität Jena)

Ist es möglich, Polymere herzustellen, deren Eigenschaften sich definiert und reversibel ändern können, und zwar in Abhängigkeit von der Menge bzw. der Anzahl der aufeinandertreffenden Polymerpartikel? Das untersucht der Chemiker Dr. Martin Hager von der Friedrich-Schiller-Universität Jena in seinem Projekt "Quorum sensing artificial materials (QUOSAM)", gefördert im Rahmen der Initiative Experiment!. Das Vorbild dazu liefert die Natur.

Die Eigenschaften der Polymere sollen sich reversibel ändern

"Es gibt Bakterien, die ihr Verhalten ändern, sobald sie in größerer Zahl zusammenkommen", sagt Martin Hager. Ein Beispiel sei die Biolumineszenz bei Tintenfischen. Die Kopffüßer werden durch Bakterien zum Leuchten gebracht. Doch die einzelnen Bakterien leuchten zunächst nicht, sondern erst, wenn eine gewisse Anzahl versammelt ist. Dieses Phänomen wird "Quorum Sensing" genannt.

Martin Hager möchte gezielt Polymere herstellen, die über definierte schaltbare Eigenschaften verfügen. Sobald eine ausreichende Anzahl von Polymerpartikeln bzw. -formkörpern aufeinandertrifft, ändern sich deren Eigenschaften, beispielsweise "kleben" die Polymere dann zusammen. Schaltbare Kunststoffe gibt es bereits. Ein Beispiel ist der Schrumpfschlauch, der sich zusammenzieht, wenn er erhitzt wird. Diese Reaktion ist jedoch irreversibel, Martin Hagers Polymere sollen sich hingegen reversibel verhalten und das Verhalten soll zusätzlich auch noch von der Anzahl der Polymere abhängig sein.

"Wir versuchen, hochkomplexe natürliche Prozesse zu vereinfachen", sagt Hager, der als Gruppenleiter im Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie der Universität Jena arbeitet. Sein Forschungsfeld sind selbstheilende Materialien. Im Kern gehe es darum, totem Material ein wenig Leben einzuhauchen, so Hager - heißt, es mit Eigenschaften versehen, über die Lebewesen verfügen. Dabei wollen die Forscher festlegen, wann sich die Eigenschaften verändern. "Wenn die Menge an Teilchen zu einer Änderung der Eigenschaften führt, wollen wir die Grenzen definieren, an denen diese Änderung eintritt", sagt Martin Hager. Obwohl er dieses Unterfangen selbst als "hochriskant" einschätzt, ist er sehr optimistisch, dass es gelingen wird.

Hintergrund: Die Förderinitiative "Experiment!"

Die VolkswagenStiftung fördert das Projekt im Rahmen der – inzwischen beendeten – Förderinitiativen "Experiment!" mit knapp 114.000 Euro. Mit der Förderinitiative hat die VolkswagenStiftung grundlegend neue, riskante Forschungsvorhaben mit ungewissem Ausgang in der Startphase unterstützt. Ein Scheitern des Konzeptes und unerwartete Befunde werden als Ergebnis akzeptiert. Die bewilligten Projekte wurden per teil-randomisiertem Verfahren ausgewählt.