MALDI-TOF MS Untersuchung oberflächenmodifizierter Polymere

Forschungsprojekt P 13962MALDI-TOF MS Untersuchung oberflächenmodifizierter PolymereRobert SAF24.01.2000 Im letzten Jahrzehnt entwickelte sich die matrixunterstützte Laserdesorption/Ionisation Flugzeit- Massenspektrometrie (MALDI-TOF MS) zu einer wichtigen Analysentechnik für synthetische Polymere. Die Methode wird zur Untersuchung verschiedenster Aspekte der Polymerchemie eingesetzt, auch in Fällen, wo andere Analysentechniken versagen. Innerhalb dieses Projektes soll MALDI-TOF MS für die Untersuchung der Zusammensetzung von an der Oberfläche modifizierten Polymeren verwendet werden. Die Oberflächenmodifizierung von Polymeren hat zunehmend an Bedeutung gewonnen, da die Kombination ausgezeichneter Bulk-Eigenschaften mit spezifischen Oberflächeneigenschaften für viele Anwendungen von Bedeutung ist (z.B. in der Lackindustrie, bei medizinischen Implantaten). In diesem Projekt sollen photochemische Methoden für die Einführung funktioneller Gruppen an die Oberfläche von industriell wichtigen Polymeren entwickelt werden. Diese Methoden haben den Vorteil, daß Projektionstechniken die Bestrahlung - und damit auch die Modifikation - ausgewählter Bereiche der Polymeroberfläche ermöglichen. Dies ist ein wichtiger Unterschied zu anderen Methoden der Oberflächenmodifizierung (z.B. Corona-Entladungen, Gasflammen oder Plasma). MALDI-TOF MS soll zur Charakterisierung der modifizierten Polymeroberflächen eingesetzt werden. Zusätzlich zur Strukturaufklärung sind die Untersuchungen essentiell für die Optimierung experimenteller Parameter der Photomodifikationen, um eine kontrollierte und definierte Zusammensetzung der Oberfläche der Polymere erreichen zu können. In einem zweiten Schritt sollen die photochemisch eingeführten funktionellen Gruppen chemisch derivatisiert werden. Wiederum werden die Ergebnisse von MALDI-TOF MS für die Optimierung von Reaktionsbedingungen, z.B. in Richtung gesteigerter Selektivität, benötigt. Alle Untersuchungen sollen durch weitere Analysentechniken unterstützt werden (u.a. FTIR, SEC, XPS, EDX). Die Experimente zielen in Richtung der Einführung saurer (z.B. -SO 3 H, -COOH), basischer (-NH 2 ), aber auch neutraler (-CN, -SO 2 NHR) Gruppen. Die kontrollierte Einführung derartiger funktioneller Gruppen ist der Schlüssel für viele Anwendungen. Die MALDI-TOF MS Untersuchungen sind sowohl für die Entwicklung als auch für die Anwendung der untersuchten Methoden zur Oberflächenmodifizierung essentiell. Weiters sollen neue Techniken für die Charakterisierung der obersten Schichten (nm-Bereich) von Polymerfilmen mittels MALDI-TOF MS entwickelt werden. Spezielle Methoden der Probenpräparation für MALDI (z.B. Versprühung geeigneter Matrix-Lösungen auf die Oberfläche von Polymeren) werden einen zentralen Aspekt dieser Experimente darstellen.

Innerhalb dieses Projektes wurde neue photochemische Methoden für die Modifikation von Polymeroberflächen bzw. dünnen Filmen entwickelt. Diese Modifikationsreaktionen haben zunehmend an Bedeutung gewonnen, da die Kombination ausgezeichneter Bulk-Eigenschaften mit spezifischen physikalischen/chemischen Oberflächeneigenschaften für viele Anwendungen von Bedeutung ist (z.B. für optische und elektronische Bauteile, Sensoren, in der Lackindustrie, bei medizinischen Implantaten). Die neuer photochemischen Methoden konnten erfolgreich für die Ankopplung funktioneller Gruppen - z.B. Aminen, Cyaniden, Thiolen, Alkylsilanen - an technisch wichtige Standardpolymere (Teflon, Polystyrol) und halbleitende Polymere verwendet werden. Die Photomodifikation bereits vorhandener funktioneller Gruppen gelang ebenfalls, ein Beispiel ist die Reduktion von Doppelbindungen. Diese Methoden haben generell den Vorteil, dass Projektionstechniken die Bestrahlung - und damit auch die Modifikation - ausgewählter Bereiche der Polymeroberfläche ermöglichen, ein wichtiger Unterschied zu anderen Methoden der Oberflächenmodifizierung (z.B. Corona-Entladungen, Gasflammen oder Plasma). Weiters konnten photochemisch generierte funktionelle Gruppen im Laufe nachfolgender chemischer Modifikationsreaktionen als Anker-Gruppen verwendet werden. Die Charakterisierung der modifizierten Polymeroberflächen erfolgte mit verschiedensten analytischen Techniken. Diese Untersuchungen waren essentiell für die Optimierung experimenteller Parameter der Modifikationsmethoden, um eine kontrollierte und definierte Zusammensetzung der Oberfläche der Polymere erreichen zu können - der Schlüssel für nachfolgende Anwendungen. Die neuen Methoden wurden bereits erfolgreich verwendet für die Veränderung von Brechungsindices von Polymerfilmen, was deren Einsatz im Bereich optischer Anwendungen ermöglicht. die Strukturierung von dünnen Filmen konjugierter Polymere. Hierbei wurden deren elektrische Eigenschaften im Rahmen der Herstellung mehrfärbig Licht emittierender Bauteile verändert. die Immobilisierung von Biomolekülen, wodurch Anwendungen im Bereich Biochips als möglich erscheinen.