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Interfacial nanoengineering of hydrogel surfaces via block copolymer self-assembly

  • Synthetic polymer hydrogels are valuable matrices for biotransformations, drug delivery, and soft implants. While the bulk properties of hydrogels depend on chemical composition and network structure, the critical role of interfacial features is often underestimated. This work presents a nanoscale modification of the gel−water interface using polymer brushes via a straightforward “grafting-to” strategy, offering an alternative to more cumbersome “grafting-from” approaches. Functional block copolymers with photoreactive anchor blocks are successfully self-assembled and UV-immobilized on hydrogel substrates despite their low solid content (<30 wt %). This versatile technique works on both bulk- and surface-immobilized hydrogels, demonstrated on poly(hydroxypropyl acrylate), poly(N-isopropylacrylamide), and alginate gels, allowing precise control over grafting density. X-ray photoelectron spectroscopy and time-of-flight secondary ion mass spectrometry revealed a homogeneous bilayeredSynthetic polymer hydrogels are valuable matrices for biotransformations, drug delivery, and soft implants. While the bulk properties of hydrogels depend on chemical composition and network structure, the critical role of interfacial features is often underestimated. This work presents a nanoscale modification of the gel−water interface using polymer brushes via a straightforward “grafting-to” strategy, offering an alternative to more cumbersome “grafting-from” approaches. Functional block copolymers with photoreactive anchor blocks are successfully self-assembled and UV-immobilized on hydrogel substrates despite their low solid content (<30 wt %). This versatile technique works on both bulk- and surface-immobilized hydrogels, demonstrated on poly(hydroxypropyl acrylate), poly(N-isopropylacrylamide), and alginate gels, allowing precise control over grafting density. X-ray photoelectron spectroscopy and time-of-flight secondary ion mass spectrometry revealed a homogeneous bilayered architecture. By “brushing-up”, the hydrogels’ interface can be tailored to enhance protein adsorption, improve cell adhesion, or impair the diffusive uptake of small molecules into the bulk gels. This effective interfacial nanoengineering method is broadly applicable for enhancing hydrogel performance across a wide range of applications.zeige mehrzeige weniger

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  • Article

  • Supporting information 1: Materials for synthesis; materials for surface modification; materials for cell culture and protein adsorption; methods for synthesis and characterization of 4-ABP; methods for polymers synthesis; methods for surface modification and characterization; preparation and surface modification of PHPA-based bulk gels; supporting figures

  • Supporting information 2: Outer HDF sheet detachment

  • Supporting information 3: Inner HDF sheet detachment

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Metadaten
Autor*innen:Andrea CosimiORCiD, Daniel D. Stöbener, Philip NicklORCiD, Robert SchusterbauerORCiD, Ievgen DonskyiORCiD, Marie WeinhartORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):ACS applied materials & interfaces
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:American Chemical Society (ACS)
Verlagsort:Washington, DC
Jahrgang/Band:17
Ausgabe/Heft:6
Erste Seite:10073
Letzte Seite:10086
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Benzophenone; Brushing-up; Fibroblast adhesion; LCTS-type polymer; Poly(glycidyl ether) (PGE); ToF-SIMS; XPS
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Advanced Materials
DOI:10.1021/acsami.4c18632
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-652966
ISSN:1944-8244
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:07.01.2026
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:07.01.2026
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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