TY - BOOK
T1 - Responsive Bottlebrush Polymers for Biomedical and Environmental Applications
AU - Tondock, Florian
PY - 2026/5/29
Y1 - 2026/5/29
N2 - Amphiphile Flaschenbürsten-Copolymere wurden als bioinspirierte Analoga natürlicher Muzine synthetisiert und hinsichtlich ihrer Selbstassemblierung sowie ihrer Eigenschaften in wässrigen Medien untersucht. Mithilfe eines „Grafting-through“-Ansatzes wurden statistische Copolymere mit einem Molgewicht von bis zu 600 kDa und einer engen Molmassenverteilung aus hydrophilem Oligo(ethylenglycol)methylether-acrylat (OEGA) und hydrophoben Acrylaten hergestellt. Diese ermöglichen eine gezielte Steuerung der Selbstassemblierung und des thermoresponsiven Verhaltens durch die Optimierung der Copolymerzusammensetzung. In wässrigen Lösungen bilden die Copolymere unimolekulare Mizellen mit außergewöhnlicher kolloidaler Stabilität, auch bei extremer Verdünnung und bei physiologischen Salzkonzentrationen. Reguliert durch ihre Amphiphilie weisen die Copolymere präzise kontrollierbare, vollständig reversible Phasenübergänge mit Übergangstemperaturen zwischen 20 und 70 °C auf. Oberhalb der Phasenübergangs-temperatur bilden sich bei niedrigen Konzentrationen definierte Aggregate, und oberhalb der kritischen Gelierungskonzentration entstehen physikalisch vernetzte Hydrogele, vermittelt durch die endständige Methoxygruppe des OEGA. Verkapselungsstudien mit Pyren als Modellwirkstoff bestätigten hohe Beladungskapazitäten, während Zell-vitalitätstests keine signifikante Verringerung der metabolischen Aktivität aufzeigten. Zur Bewertung der Muzin-ähnlichen Barrierefunktion wurden die Copolymere hinsichtlich ihrer Bindungseigenschaften an wasserbezogene Umweltverunreinigungen untersucht. Polystyrol-Nanopartikel konnten während der temperaturinduzierten Gelierung, gefolgt von der Synerese des Gels, erfolgreich abgetrennt werden; zusätzlich wurde ein kombiniertes Verfahren mit Aktivkohle untersucht. Die Skalierbarkeit wurde durch einen dem Quallenschleim nachempfundenen passiven Filtrationsmechanismus demonstriert, wobei eine größenabhängige Partikelbindung beobachtet wurde. Zudem wurde gezeigt, dass das thermoreversible Verhalten die kontrollierte Freisetzung der Nanopartikel beim Abkühlen mittels Ultrazentrifugation ermöglicht. Die Erweiterung des Systems um geladene Comonomere ermöglichte zudem die quantitative Entfernung geladener Farbstoffe aus wässriger Lösung und demonstrierte zugleich dessen Vielseitigkeit. Diese Ergebnisse etablieren amphiphile Flaschenbürsten-Copolymere als vielseitige, synthetisch zugängliche Plattform, die zentrale Muzin-Funktionen nachahmt und vielversprechende Perspektiven für biomedizinische und umwelttechnologische Anwendungen eröffnet.
AB - Amphiphile Flaschenbürsten-Copolymere wurden als bioinspirierte Analoga natürlicher Muzine synthetisiert und hinsichtlich ihrer Selbstassemblierung sowie ihrer Eigenschaften in wässrigen Medien untersucht. Mithilfe eines „Grafting-through“-Ansatzes wurden statistische Copolymere mit einem Molgewicht von bis zu 600 kDa und einer engen Molmassenverteilung aus hydrophilem Oligo(ethylenglycol)methylether-acrylat (OEGA) und hydrophoben Acrylaten hergestellt. Diese ermöglichen eine gezielte Steuerung der Selbstassemblierung und des thermoresponsiven Verhaltens durch die Optimierung der Copolymerzusammensetzung. In wässrigen Lösungen bilden die Copolymere unimolekulare Mizellen mit außergewöhnlicher kolloidaler Stabilität, auch bei extremer Verdünnung und bei physiologischen Salzkonzentrationen. Reguliert durch ihre Amphiphilie weisen die Copolymere präzise kontrollierbare, vollständig reversible Phasenübergänge mit Übergangstemperaturen zwischen 20 und 70 °C auf. Oberhalb der Phasenübergangs-temperatur bilden sich bei niedrigen Konzentrationen definierte Aggregate, und oberhalb der kritischen Gelierungskonzentration entstehen physikalisch vernetzte Hydrogele, vermittelt durch die endständige Methoxygruppe des OEGA. Verkapselungsstudien mit Pyren als Modellwirkstoff bestätigten hohe Beladungskapazitäten, während Zell-vitalitätstests keine signifikante Verringerung der metabolischen Aktivität aufzeigten. Zur Bewertung der Muzin-ähnlichen Barrierefunktion wurden die Copolymere hinsichtlich ihrer Bindungseigenschaften an wasserbezogene Umweltverunreinigungen untersucht. Polystyrol-Nanopartikel konnten während der temperaturinduzierten Gelierung, gefolgt von der Synerese des Gels, erfolgreich abgetrennt werden; zusätzlich wurde ein kombiniertes Verfahren mit Aktivkohle untersucht. Die Skalierbarkeit wurde durch einen dem Quallenschleim nachempfundenen passiven Filtrationsmechanismus demonstriert, wobei eine größenabhängige Partikelbindung beobachtet wurde. Zudem wurde gezeigt, dass das thermoreversible Verhalten die kontrollierte Freisetzung der Nanopartikel beim Abkühlen mittels Ultrazentrifugation ermöglicht. Die Erweiterung des Systems um geladene Comonomere ermöglichte zudem die quantitative Entfernung geladener Farbstoffe aus wässriger Lösung und demonstrierte zugleich dessen Vielseitigkeit. Diese Ergebnisse etablieren amphiphile Flaschenbürsten-Copolymere als vielseitige, synthetisch zugängliche Plattform, die zentrale Muzin-Funktionen nachahmt und vielversprechende Perspektiven für biomedizinische und umwelttechnologische Anwendungen eröffnet.
U2 - 10.15488/21389
DO - 10.15488/21389
M3 - Dissertation
PB - Gottfried Willhelm Leibniz Universität Hannover
ER -