Ziel des Sonderforschungsbereichs Polymermechanochemie ist es, grundlegende Mechanismen der Mechanochemie zu entschlüsseln und damit neue Wege für innovative Materialien und biomedizinische Anwendungen zu eröffnen. Die Mechanochemie beschäftigt sich mit chemischen Reaktionen, die durch mechanische Kräfte ausgelöst werden – im Gegensatz zu klassischen Transformationen, die durch Wärme oder Licht induziert werden. Insbesondere die Polymermechanochemie hat sich in den vergangenen Jahren von der reinen Beschreibung kraftinduzierter Abbaureaktionen von Makromolekülen hin zu einem dynamischen Forschungsfeld entwickelt. Heute umfasst sie Anwendungen wie Schadensdetektion in Materialien, Materialsysteme, die auf Kräfte reagieren, und neuartige biomedizinische Technologien.
„Mit diesem Sonderforschungsbereich wollen wir die grundlegenden Prinzipien verstehen, wie mechanische Kräfte gezielt chemische Reaktionen in Polymeren auslösen können. Dieses Wissen eröffnet uns die Möglichkeit, völlig neue Materialien und therapeutische Ansätze zu entwickeln, die präziser, effizienter und nachhaltiger sind als bisherige Lösungen“, erklärt der Sprecher des Projekts, Professor Andreas Herrmann, Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der RWTH Aachen und wissenschaftlicher Direktor des DWI Leibniz-Instituts für Interaktive Materialien.
Ein besonderer Fokus liegt auf der biomedizinischen Anwendung mechanochemischer Prinzipien. Ziel ist die Entwicklung innovativer Wirkstoffe, die durch mechanische Reize aktiviert werden können und so eine präzise räumlich-zeitliche Steuerung ermöglichen. Solche Ansätze könnten beispielsweise in der Sonopharmakologie und Sonogenetik Anwendung finden und dazu beitragen, Therapien gezielter und nebenwirkungsärmer zu gestalten.
Universität Bremen mit zwei Projekten beteiligt
Tim Neudecker, Professor für Theoretische Chemie an der Universität Bremen, ist mit zwei Projekten an dem Sonderforschungsbereich beteiligt, jeweils in Kooperation mit Projektpartnern an der RWTH Aachen.
Im ersten Projekt wird ein maschineller Lernansatz zum automatischen Design neuer Moleküle entwickelt, die durch mechanische Kraft aktiviert werden. Diese sogenannten Mechanophore wirken als Sollbruchstellen in Materialien und können etwa Farbänderungen bei mechanischer Belastung hervorrufen oder im menschlichen Körper Medikamente freisetzen. Bisherige Ansätze zum Design von Mechanophoren waren arbeits-, kosten- und zeitintensiv. Der maschinelle Lernansatz könnte die Effizienz deutlich steigern.
Das zweite Projekt beschäftigt sich mit der skalenübergreifenden Simulation von Polymeren, die ihre Farbe ändern, wenn sie mechanisch belastet werden. Das Ziel dieses Projekts ist die Modellierung der Materialien von der Ebene einzelner Moleküle bis hin zum makroskopischen Stoff, um die Mechanismen der Farbänderung zu verstehen und auf dieser Grundlage eine effiziente Farbschaltung zu ermöglichen. Die Einsatzgebiete dieser mechanochromen Polymere sind vielfältig: von der automatischen farblichen Markierung beschädigter Verpackungen über optische Signale bei bevorstehendem Materialversagen auf dem Bau bis hin zu chirurgischen Fäden, die anzeigen, wann eine Wunde optimal vernäht ist.
„Obwohl die Polymermechanochemie in der Vergangenheit bereits große Erfolge erzielt hat, verstehen wir viele der grundlegenden Mechanismen noch nicht. Computersimulationen spielen eine wichtige Rolle, experimentell gemessene Effekte zu verstehen und mechanochemische Materialien optimal zu designen. Der Sonderforschungsbereich Polymermechanochemie bietet ein einzigartiges Umfeld, in dem Experiment und Theorie eng ineinandergreifen um dieses spannende Forschungsfeld voranzubringen“, erklärt Tim Neudecker.
Weitere Informationen:
https://www.dfg.de/
https://www.uni-bremen.de/ag-neudecker/team/prof-dr-tim-neudecker
Fragen beantwortet:
Prof. Dr. Tim Neudecker
Institut für Physikalische und Theoretische Chemie
Universität Bremen
Telefon: +49 421 218 50280
E-Mail: neudeckerprotect me ?!uni-bremenprotect me ?!.de
