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Crosslinked Metal-Organic Cage-based Hydrogels by three groups of the HHU Chemistry Department

Crosslinked Metal-Organic Cage-based Hydrogels

Metal-organic cage-based gels enable a modular design, allowing access to soft materials through self-organization, and add an extra layer of functionality. The incorporation of discrete cages into supramolecular polymers, facilitates the development of polymers with hierarchical architectures and multiple functions, such as the uptake and release of guest molecules, providing flexible platforms for the development of smart materials.

The group of Dr. Bernd M. Schmidt, HHU Düsseldorf, and colleagues including the group of Prof. Matthias Karg, JProf. Jan Meisner, and Dr. Robert Göstl of the DWI – Leibniz Institute for Interactive Materials, have, for the first time, prepared such mechanoresponsive cage-crosslinked hydrogels. The team crosslinked the cages by using homodifunctionalized poly(ethylene glycol) chains terminally substituted with bipyridines as ligands for Pd6L4-type cages. The nanocavities within the cages were loaded with drug molecules, which can be released by ultrasound non-invasively.

Because the release of small molecules from their latent macromolecular carriers via polymer mechanochemistry usually requires the use of cargo molecules that are specifically functionalized, thus altering their properties - unlike this system - the combination of universal encapsulation and ultrasound as an external stimulus will contribute to further supramolecular release systems and dynamic materials.

This work is a joint effort of all four groups and will be published in the upcoming issue of Chemistry – A European Journal, together with a highlight in ChemistryViews. Click here to access the article.

R. Küng, A. Germann, M. Krüsmann, L. P. Niggemann, J. Meisner, M. Karg, R. Göstl, B. M. Schmidt,* Mechanoresponsive Metal-Organic Cage-Crosslinked Polymer Hydrogels, Chem. Eur. J. 2023, e202300079.

Vernetzte Hydrogele auf Basis metallorganischer Käfige

Gele auf der Grundlage metallorganischer Käfige ermöglichen einen modularen Aufbau, der den Zugang zu weichen Materialien durch Selbstorganisation ermöglicht und eine zusätzliche Funktionsebene hinzufügt. Der Einbau diskreter Käfige in supramolekulare Polymere erleichtert die Entwicklung von Polymeren mit hierarchischer Architektur und vielfältigen Funktionen, wie z. B. die Aufnahme und Abgabe von Gastmolekülen, und bietet flexible Plattformen für die Entwicklung intelligenter Materialien.

Die Gruppe von Dr. Bernd M. Schmidt, HHU Düsseldorf, und Kollegen, darunter die Gruppe von Prof. Matthias Karg, JProf. Jan Meisner und Dr. Robert Göstl vom DWI - Leibniz-Institut für Interaktive Materialien, haben erstmals solche mechanoresponsiven, mit Käfigen vernetzten Hydrogele hergestellt. Das Team vernetzte die Käfige, indem es homodifunktionalisierte Poly(ethylenglykol)-Ketten, die endständig mit Bipyridinen substituiert sind, als Liganden für Käfige vom Typ Pd6L4 verwendete. Die Nanokavitäten in den Käfigen wurden mit Arzneimittelmolekülen beladen, die durch Ultraschall nicht-invasiv freigesetzt werden können.

Da die Freisetzung kleiner Moleküle aus ihren latenten makromolekularen Trägern mittels Polymermechanochemie in der Regel die Verwendung von Frachtmolekülen erfordert, die spezifisch funktionalisiert sind und damit ihre Eigenschaften verändern - anders als dieses System - wird die Kombination aus universeller Verkapselung und Ultraschall als externem Stimulus zu weiteren supramolekularen Freisetzungssystemen und dynamischen Materialien beitragen.

Diese Arbeit ist eine gemeinsame Anstrengung aller vier Gruppen und wird in der nächsten Ausgabe von Chemistry - A European Journal zusammen mit einem Highlight in ChemistryViews veröffentlicht. Der Artikel ist hier online in englischer Sprache bereits zu lesen.

 

 

 

Autor/in:
Kategorie/n: Chemie Aktuelles, Chemie Aktuelle Publikation, OC B. Schmidt, PC Karg, PC Meisner
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