Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

Techn. University, Diss., 2003--Berlin.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Berlin.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Braunschweig.

Techn. Hochsch., Diss., 2005--Aachen.

The thesis is devoted to the development of general methods of preparation of tethered polymer layers with laterally changing properties and investigation of their properties with focus on controlled adsorption and liquid flow. The temperature dependent character of the grafting reaction is used for the design of mono- and bicomponent gradient polymer grafted layers. For this purpose, a special stage providing a lateral temperature gradient is designed. The stage consists of two elements, one heating and one cooling, between which the experimental sample is situated. The versatility of these approaches for both fundamental research and practical applications is demonstrated. In general, the gradient approach is proved to be useful for the combinatorial-like investigations of ultrathin polymer films. The systematic study allowed detailed investigation of the grafting kinetics, the morphologies of the grafted polymer layers, the switching mechanism of the mixed polymer brushes, adsorption of colloid particles. The second approach for the preparation of laterally resolved tethered layers consists of a novel strategy for reversible environment-responsive lithography. This strategy implies local fixation of the morphology of mixed polymer brushes via photocrosslinking by UV irradiation. Irradiated areas lose the ability to switch. Exposure to selective and non-selective solvent allows visualization or erasing of the written information, respectively. It is demonstrated that developed approaches are promising for design of smart sensors, microfluidics devices, combinatorial study of the adsorption (separation and identification) of protein molecules and colloids and for other applications.

Durch verschiedene Modifizierungen an der Blutkontaktseite von Hohlfasermembranen sollte eine Verbesserung der Bio- und Blutkompatibilität erreicht werden. Zur Modifizierung wurden verschiedene biologisch wirksame Moleküle verwendet. Weiterhin wurden zwei Modifizerungsstrategien verfolgt. Zum einen eine Modifizierung, bei welcher das Material der Hohlfasermembran vor deren Herstellung verändert wird. Und zum anderen eine selektive Modifizierung der Blutkontaktseite nach der Herstellung der Hohlfasermembran.

Durch verschiedene Modifizierungen an der Blutkontaktseite von Hohlfasermembranen sollte eine Verbesserung der Bio- und Blutkompatibilität erreicht werden. Zur Modifizierung wurden verschiedene biologisch wirksame Moleküle verwendet. Weiterhin wurden zwei Modifizerungsstrategien verfolgt. Zum einen eine Modifizierung, bei welcher das Material der Hohlfasermembran vor deren Herstellung verändert wird. Und zum anderen eine selektive Modifizierung der Blutkontaktseite nach der Herstellung der Hohlfasermembran.

Funktionalisierte Poly(2-oxazoline) als neue Materialien stellen sowohl unter strukturellen Gesichtspunkten als auch im Hinblick auf potentielle Anwendungen eine interessante Polymerklasse dar. Die Ausbildung von hierarchischen Strukturen mit Poly(2-oxazolinen) über intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen ist hierbei ein bisher nicht beachteter Aspekt. Über einen bioinspirierten Ansatz sollten gezielt funktionelle Gruppen, die für einen hierarchischen Aufbau, z.B. in Proteinen, verantwortlich sind, in vereinfachter Weise auf die synthetische Substanzklasse der Poly(2-oxazoline) übertragen werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der modularen Synthese neuer, funktionalisierter Poly(2-oxazolin) Homo- und Copolymere. Ausgehend von der Synthese von 2-(3-Butenyl)-2-oxazolin wurden definierte Präpolymere in einer kationischen Isomerisierungspolymerisation unter kontrolliert/„lebenden“ Bedingungen hergestellt. In einer anschließenden „Thio-Click“ (Thiol-En-Reaktion) Modifizierungsreaktion wurden die gewünschten funktionellen Gruppen quantitativ eingeführt. Hydroxylierte Poly(2-oxazoline) wurden hinsichtlich ihres Aggregationsverhaltens in Wasser untersucht. Bereits die jeweiligen Homopolymere bildeten aufgrund von intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen supramolekulare tubuläre Nanofasern aus. Durch Einsatz verschiedener analytischer Methoden konnte die innere Struktur der Nanoröhren beschrieben und ein entsprechendes Modell aufgestellt werden. Die dargestellten funktionellen Poly(2-oxazoline) wurden hinsichtlich ihrer Anwendung als potentielle, synthetische „antifreeze additives“ untersucht. Alle Polymere besitzen eine ausgeprägte Tendenz zur Nukleierung von Wasser und führen daher zu signifikanten Änderungen der Eismorphologie. Des weiteren wurde ein carboxyliertes Derivat zur biomimetischen Mineralisation von Kalziumcarbonat eingesetzt und nach phänomenologischen Gesichtspunkten untersucht. / Functionalized poly(2-oxazoline)s are a promising class of materials concerning their self-assembly behavior as well as for future applications. Hierarchical structure formation based on hydrogen bonding interactions has not been investigated yet. Applying a bioinspired approach, functional groups promoting hierarchical structure formation are introduced to poly(2-oxazoline)s. This work is focused on the modular synthesis of new functionalized poly(2-oxazoline) homo and copolymers. Starting from the synthesis of the new monomer 2-(3-butenyl)-2-oxazolin, well-defined precursor materials were prepared via cationic isomerization polymerization. Next, the polymers were quantitatively modified with the aimed functional groups using a “thio-click” (thiol-ene) reaction. The aggregation behaviour of hydroxylated poly(2-oxazolines) in water was investigated. Homo- as well as block copolymers can form supramolecular hollow nanofibers via intermolecular hydrogen bonding. Using a variety of different analytical methods, the structure of the nanotubes was determined and a formation model was proposed. Furthermore, the functionalized poly(2-oxazoline)s were investigated as synthetic mimics of natural anti-freeze additives. It was found, that these polymers show the tendency to nucleate water, thus influencing the morphology of ice. Finally, a carboxylated derivative was applied as an additive for the mineralization of calcium carbonate.

Taking advantage of ATRP and using functionalized initiators, different functionalities were introduced in both α and ω chain-ends of synthetic polymers. These functionalized polymers could then go through modular synthetic pathways such as click cycloaddition (copper-catalyzed or copper-free) or amidation to couple synthetic polymers to other synthetic polymers, biomolecules or silica monoliths. Using this general strategy and designing these co/polymers so that they are thermoresponsive, yet bioinert and biocompatible with adjustable cloud point values (as it is the case in the present thesis), the whole generated system becomes "smart" and potentially applicable in different branches. The applications which were considered in the present thesis were in polymer post-functionalization (in situ functionalization of micellar aggregates with low and high molecular weight molecules), hydrophilic/hydrophobic tuning, chromatography and bioconjugation (enzyme thermoprecipitation and recovery, improvement of enzyme activity). Different α-functionalized co/polymers containing cholesterol moiety, aldehyde, t-Boc protected amine, TMS-protected alkyne and NHS-activated ester were designed and synthesized in this work. / In dieser Arbeit wurden mittels der ATRP Methode sowie durch Benutzung funktioneller Initiatoren verschiedene Funktionalitäten an der α- und ω-Position der synthetischen Polymere (Kettenenden) eingeführt. Diese funktionalisierten Polymere können durch modulare synthetische Methoden wie z.B. die “Klick-Zykloaddition” (kupferkatalysiert oder auch kupferfreie Methoden möglich), Amidierung mit anderen synthetischen Polymeren oder Biomolekülen, oder auch mit Silikatmonolithen gekuppelt werden. Den beschriebenen Strategien folgend und unter Benutzung von thermoresponsiven, bioinerten und biokompartiblen (Co-) Polymeren mit einstellbaren Trübungspunkten können mittels Temperaturänderungen leicht steuerbare, „smarte“ Polymersysteme für verschiedene Anwendungen hergestellt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden speziell Anwendungen wie die Postfunktionalisierung (in situ Funktionalisierung mizellarer Aggregate mit Molekülen, die sowohl niedrige als auch höhere Molekulargewichte aufweisen), hydrophiles/hydrophobes Tuning von Polymeren, Chromatographie an Polymeren sowie Biokonjugation von Polymeren (Enzymthermoprezipitation und -Gewinnung, Enzymaktivitätsmodifizierung) genauer untersucht. Es wurden verschiedene α-funktionalisierte (Co-)Polymere, die Cholesterol, Aldehyde, t-Boc geschützte Amine, TMS-geschützte Alkine und NHS-aktivierte Ester entwickelt und hergestellt und mittels passender ATRP Initiatoren eingeführt.