Guiding synthetic dynamic soft materials to grow like living organisms

Abstract

Living organisms share the ability to grow that allows them to absorb, transport, and integrate nutrient to continually increase in size, change in shape and modulate in strength. In contrast, synthetic polymers are constructed in fundamentally different ways and possess fixed structures after fabricated. This thesis presents various approaches to guide synthetic soft materials to grow and to mimic this fundamental growing capability: i) A photo-activation approach to probe the growth of bulky soft materials with controllable size, strength and compositions, ii) Light-induced site-specific self-growth of microstructures from the surface a dynamic soft substrate, iii) Self-growth of fully interlocked poly(disulfide)s based polycatenane elastomers with unique intermolecular interlocking topologies. These functional materials contribute to the supplement of dynamic soft substrates, providing useful information for the future both in chemistry and materials.

Lebende Organismen teilen die Fähigkeit zu wachsen. Ihr Aufbau ermöglicht es ihnen, Nährstoffe zu absorbieren, zu transportieren, und zu integrieren, um kontinuierlich an Größe zuzunehmen, ihre Form zu ändern und ihre Stärke zu modulieren. Synthetische Polymere sind dagegen grundsätzlich unterschiedlich aufgebaut. Von der Natur inspiriert, präsentiert diese Arbeit verschiedene Ansätze, um synthetische weiche Materialien wachsen zu lassen und die grundlegende Wachstumsfähigkeit nachzuahmen. Im ersten Teil wird die Photoaktivierung vorgestellt, um das Wachstum voluminöser weicher Materialien zu beeinflussen. Basierend auf diesem Wachstumskonzept wurde ein Elastomer mit kontrollierbarer Größe, Festigkeit und Zusammensetzung hergestellt. Dieser Ansatz kann zur Regulierung der Benetzbarkeit durch Zufuhr von Nährstoffen auf organischer und wässriger Basis während Polymerwachstums ins Auge gefasst werden. Im zweiten Teil wird ein lichtinduziertes und ortsspezifisches Selbstwachstum von Mikrostrukturen auf der Oberfläche eines dynamischen weichen Substrats demonstriert. Die erzielte feine Modulation von Größe, Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften führt zur Erzeugung einer rauen Oberfläche und zur Wiederherstellung großflächiger Oberflächenschäden. Im letzten Teil wird das Selbstwachstum und die Selbstverstärkung von ineinandergreifenden Polycatenanelastomeren auf Poly(disulfid)-Basis mit einzigartigen intermolekularen ineinandergreifenden Topologien erreicht. Die Ergebnisse tragen zum Thema von neuen Topologien von Polymernetzwerkketten bei und liefern nützliche Informationen für die Zukunft seitens ihrer Chemie als seitens neuer Materialien.