Doctoral position on molecular engineering of dynamic covalent hydrogels

Die Macromolecular Engineering Laboratory (Prof. Mark W. Tibbitt) innerhalb des Departements für Maschinenbau und Verfahrenstechnik (D-MAVT) an der ETH Zürich in Zürich, Schweiz, entwickelt und wendet fortschrittliche polymerbasierte Materialien für eine Vielzahl von biomedizinischen und industriellen Anwendungen an. Der aktuelle Fokus der Gruppe umfasst die Entwicklung von:

• rationalem Design dynamischer Polymernetzwerke;
• (Bio)Materialverarbeitung;
• Organperfusion und -regeneration;
• Werkzeugen zur Untersuchung der Mechanobiologie und Zell-Matrix-Interaktionen;
• entwickelten Arzneimittelabgabesystemen.

Um unser Verständnis darüber zu erweitern, wie molekulare Merkmale die Mechanik und den Fluss dynamischer kovalenter Hydrogels steuern, suchen wir einen Vollzeit (100%) Doktoranden, mit einem angestrebten Startdatum am oder nach dem 01. Oktober 2026.

Projekt Hintergrund: Dynamische kovalente Hydrogels (DCHs) – Polymernetzwerke, die durch reversible kovalente Bindungen, wie Boronatester, Hydrazone, Iminen oder Disulfide, verknüpft sind – stellen eine überzeugende Klasse viskoelastischer weicher Materialien dar. Ihre anpassbaren mechanischen Eigenschaften, Stimulusreaktivität und Verarbeitbarkeit (injektierbar, druckbar) machen sie äußerst attraktiv für biomedizinische und industrielle Anwendungen. Das rationale Engineering von DCHs bleibt jedoch durch ein unvollständiges Verständnis der molekularen Eigenschaften – Bindungsthermodynamik, Kinetik, Netzwerkarchitektur – eingeschränkt, die sich in makroskopische Materialeigenschaften wie das Plateau-Modul (G0) und die Relaxationszeit (tR) übersetzen. Der zentrale Zweck dieses Projekts besteht darin, einen rigorosen, quantitativen Rahmen zu schaffen, der molekulares Verhalten mit makroskaligen Eigenschaften verknüpft.

Dieser Doktorandenprojekt hat zwei Hauptstränge. Im ersten wird der Student eine breite Bibliothek von Modell-DCHs synthetisieren und charakterisieren, die eine Reihe dynamischer kovalenter Chemien abdecken (Boronatester, Hydrazon, Imine und Disulfidbindungen) und Netzwerkarchitekturen (ideal, real und interpenetrierende Netzwerke). Der Student wird die Gleichgewicht-Bindungskonstanten, Bindungsthermodynamik und Reaktionskinetik der reversiblen Quervernetzungen mithilfe von isothermer Titrationskalorimetrie (ITC), NMR-Spektroskopie (einschließlich 2D EXSY) und UV-vis/Fluoreszenztechniken quantifizieren und diese mit den makroskopischen rheologischen Eigenschaften in Beziehung setzen, die durch Scherrheometrie und Nanoindentation gemessen werden. Eine zentrale und weitgehend unerforschte Frage ist, wie die makromolekulare Natur der Bindungspartner – im Gegensatz zu kleinen Molekülanaloga – das Bindungsverhalten und die Netzwerkmechanik beeinflusst, was der Student systematisch untersuchen wird.

Im zweiten Strang wird der Student theoretische und rechnerische Rahmenbedingungen entwickeln, in enger Zusammenarbeit mit Prof. Vlasios Mavrantzas (einem Mitarbeiter im Labor), um entropiegetriebene netzwerkskalige Effekte zu erfassen und Gummielastizitätsmodelle für dynamische Netzwerke zu verfeinern. Ergänzende Studien zum nichtlinearen Fließverhalten unter Verwendung von Scherrheometrie und mikrofluidischen Fließzellen werden Einblicke in die Verarbeitbarkeit von DCHs für das Design injizierbarer Biomaterialien geben.

Der Doktorand wird eng mit einem interdisziplinären Team von Doktoranden und Postdocs zusammenarbeiten, die an verwandten Themen arbeiten. Neben der Forschung wird von dem PhD-Kandidaten erwartet, dass er zu Laboraufgaben beiträgt und die Möglichkeit hat, zur Lehre innerhalb der Gruppe beizutragen, einschließlich der Betreuung von Studierenden, Unterstützung bei Vorlesungen und praktischen Kursen im Labor.

Profil: Wir suchen eine neugierige, motivierte und selbstgesteuerte Person, die gerne an interdisziplinären Projekten arbeitet, die makromolekulare Chemie, weiche Materiefysik und physikalische Chemie umfassen. Akademische Exzellenz, eine professionelle Arbeitseinstellung und eine proaktive und selbstgesteuerte Arbeitsweise werden erwartet. Darüber hinaus muss der Kandidat in der Lage sein, fließend in Englisch (mündlich und schriftlich) zu kommunizieren und bereit sein, in einem hochgradig interaktiven, internationalen Team zu arbeiten. Bewerber müssen einen MSc-Abschluss in Chemieingenieurwesen, Maschinenbau, Chemie, Materialwissenschaften, Physik, Polymerwissenschaft oder verwandten Bereichen haben. Kenntnisse in organischer Synthese und Polymerchemie sind erforderlich. Praktische Erfahrungen in einem oder mehreren der folgenden Bereiche wären von Vorteil: rheologische Charakterisierung weicher Materialien, kalorimetrische oder spektroskopische Analyse molekularer Bindungen (ITC, NMR, UV-vis), Design von Polymernetzwerken oder rechnerische Modellierung polymerer Systeme.

Die Doktorandenstelle ist auf 4 Jahre angelegt, bei 100% Beschäftigung, und wird von Prof. Dr. Mark Tibbitt betreut. Die Stelle wird von der Schweizerischen Nationalfonds gefördert und ist abhängig von der Zulassung zum Doktorandenprogramm an der ETH Zürich.

Arbeitsplatz: Wir bieten die Stelle im Departement für Maschinenbau und Verfahrenstechnik (D-MAVT) der ETH Zürich, im Zentrum Campus in Zürich, Schweiz. D-MAVT ist ein interdisziplinäres Departement mit Schwerpunktbereichen in Prozess-/Chemie-, Maschinenbau- und biomedizinischer Technik sowie Robotik und Steuerung. Die ETH Zürich ist ein weltweit führendes Institut für Wissenschaft und Technik und gehört konstant zu den besten Universitäten der Welt. Zürich ist eine internationale Stadt mit breitem Zugang zu Freizeitaktivitäten, Kunst und Kultur, anderen europäischen Städten sowie einer reichen und hervorragenden wissenschaftlichen Gemeinschaft.

In Übereinstimmung mit unseren Werten fördert die ETH Zürich eine inklusive Kultur. Wir setzen uns für Chancengleichheit ein, schätzen Vielfalt und pflegen ein Arbeits- und Lernumfeld, in dem die Rechte und die Würde aller Mitarbeiter und Studierenden respektiert werden. Besuchen Sie unsere Website für Chancengleichheit und Vielfalt, um herauszufinden, wie wir ein faires und offenes Umfeld gewährleisten, das es jedem ermöglicht, zu wachsen und zu gedeihen. Nachhaltigkeit ist ein Kernwert für uns – wir arbeiten konsequent auf eine klimaneutrale Zukunft hin.

Neugierig? So sind wir auch. Die ETH Zürich ist eine der weltweit führenden Universitäten, die sich auf Wissenschaft und Technologie spezialisiert hat. Wir sind bekannt für unsere hervorragende Ausbildung, bahnbrechende Grundlagenforschung und den direkten Transfer neuen Wissens in die Gesellschaft. Über 30.000 Menschen aus mehr als 120 Ländern finden unsere Universität als einen Ort, der unabhängiges Denken fördert und ein Umfeld schafft, das Exzellenz inspiriert. Im Herzen Europas gelegen, aber mit Verbindungen in die ganze Welt, arbeiten wir gemeinsam daran, Lösungen für die globalen Herausforderungen von heute und morgen zu entwickeln.