Bestimmung konzentrations- und temperaturabhängiger Diffusionskoeffizienten in Hydrogelen mit Hilfe der Ramanspektroskopie

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Hydrogele werden bereits für eine Vielzahl von Aufgaben in Biomedizin, Pharmazie und Technik eingesetzt und bieten großes Zukunftspotenzial als Funktionswerkstoffe z.B. zur gezielten Freisetzung von Wirkstoffen im Körper oder zur Immobilisierung von Enzymereaktionen. Bei vielen dieser Anwendungen ist der Transport von Stoffen in und durch das Gel von entscheidender Bedeutung, allerdings sind die dabei zugrunde liegenden Mechanismen heute noch weitgehend unverstanden. In diesem Projekt soll daher ein Beitrag zur Aufklärung der Mehrkomponentendiffu- sion in Hydrogelen geleistet werden. Bisherige Ansätze waren zumeist auf die Messung von Prozessgrößen außerhalb der eigentlichen Gelmatrix beschränkt. Die Antragsteller haben auf Basis der Ramanspektroskopie ein Verfahren entwickelt, das hier für die simultane nicht-invasive, in-situ Messung von örtlich und zeitlich aufgelösten Stoffmengenanteilen mehrerer diffundierender Komponenten und der Temperatur innerhalb von Hdrogelen erweitert werden soll. Hierzu werden Einflüsse von Konzentrationen und Temperatur auf die gemessenen Spektren detailliert untersucht und mit Hilfe der weiter zu entwickeln- den Auswertemethodik quantitativ nutzbar gemacht. Dadurch kann die große Unsicherheit bisheriger Messverfahren systematisch reduziert werden. die so gewonnen Daten sollen schließlich zur modellgestützten Identifikation der Mehrkomponentendiffusion bei verschiedenen Temperaturen genutzt werden. Ein modellgestütztes Vorgehen erlaubt dabei die optimale Ausnutzung der spektralen Information und eine präzise quantitative Bewertung, die Grundlage für eine Optimierung der Eigenschaften von Hydrogelen in praktischen Anwendungen sein muss. die Aufklärung von Reaktionen, die simultan zum Stofftransport im Gel stattfinden, wird mit der hier entwickelten Messtechnik auch möglich sein. Messverfahren und Auswertewerkzeuge werden weit über die betrachtete Fragestellung hinaus für Untersuchun- gen wässriger Systeme allgemein einsetzbar sein und insbesondere zur Charakterisierung nicht-isothermer Prozesse beitragen.