Polymersynthese
Von organischen Bausteinen bis hin zu Nanomaterialien
Die moderne Polymerchemie ermöglicht die präzise Steuerung von Polymerarchitektur, Molekulargewicht, Funktionalität und vielen weiteren Eigenschaften. Beginnend mit der Wahl der Polymerisationstechnik werden geeignete Monomere synthetisiert und polymerisiert. Dies in Kombination mit Modifikationen nach der Polymerisation, wie z.B. Vernetzung in der Emulsion oder Einführung von Farbstoffen, Medikamenten oder Targeting-Einheiten, ermöglicht die Gestaltung gewünschter Eigenschaften, wie z.B. biologische Erkennung, Abbaubarkeit oder andere Eigenschaften. Durch die Wahl der richtigen Reaktionsbedingungen entwerfen wir lineare oder stark verzweigte Materialien mit dem Ziel, einen schnellen synthetischen Zugang zu verschiedenen Polymerarchitekturen zu entwickeln.
Sowohl Kettenwachstum (d.h. ionische oder radikalische Polymerisation) als auch Stufenwachstum (d.h. Polykondensation und Polyaddition) Polymerisationsverfahren werden zur Erzeugung einer Vielzahl von löslichen oder vernetzten Materialien eingesetzt. Die Polymerisation wird in Lösung, in Substanz und in heterogener Phase untersucht. Dies reicht von speziellen Vinylpolymeren, wie redoxaktiven ferrocenhaltigen Polymeren, über intelligente Hydrogele bis hin zu biokompatiblen und biologisch abbaubaren Poly(phosphoestern). Letzteres kann entweder durch ringöffnende Polymerisation von gespannten cyclischen Phosphaten oder durch Polykondensation mit acyclischer Dienmetathese (ADMET) hergestellt werden. ADMET ermöglicht es uns, hochmolekulare Poly(phosphoester) mit einer definierten Anzahl von funktionellen Gruppen entlang des Polymergerüsts zu erzeugen und die Abbaukinetik anzupassen. Diese Materialien wurden kürzlich in unserer Abteilung entwickelt und werden derzeit von mehreren Mitarbeitern im Hinblick auf die inhärenten Eigenschaften der Hauptketten-Poly(phosphoester) für Knochenanhaftungen oder flammhemmende Anwendungen untersucht. Wasserlösliche und abbaubare Poly(phosphoester) sind ideale Kandidaten, um nicht abbaubares Poly(ethylenglykol) in Tensiden zu ersetzen oder polymere Nanoträger zu funktionalisieren. Wir haben kürzlich die Rolle der Biomolekül-Polymer-Interaktionen für den so genannten "Stealth-Effekt" untersucht, der die Grundlage für viele moderne Medikamente ist und deren Zirkulationszeiten in vivo kontrolliert. Die abbaubaren Poly(phosphoester) reduzieren effizient die Proteinadsorption auf der Oberfläche von Nanoträgern und werden derzeit getestet, um vollständig biologisch abbaubare Nanoträger für den Medikamententransport vorzubereiten.
Eine präzise Polymerisationstechnik, wie beispielsweise die anionische Polymerisation, ermöglicht es uns, Blockcopolymere und statistische Copolymere mit abstimmbarer Löslichkeit oder Redoxverhalten zu synthetisieren. Durch die Feinabstimmung der Reaktionskinetik wird eine sequenzgesteuerte konkurrierende anionische Polymerisation mehrerer Monomere möglich. Die anionische Polymerisation von Aziridinen ist die ideale Werkzeugkiste, um das Copolymerisationsverhalten durch Anpassung der Monomerstruktur zu steuern.
Auch Protein-Polymer-Konjugate werden untersucht, um die etablierte PEGylierungsstrategie zu ersetzen und die pharmakokinetischen Eigenschaften von medizinisch aktiven Proteinen zu verbessern. Vollständig abbaubare Protein-PPE-Konjugate wurden ebenfalls hergestellt. Insbesondere Blockcopolymere mit ihrer Fähigkeit, sich in klar definierten Nanostrukturen anzuordnen, sind für unsere Abteilung von großem Interesse. Vor kurzem wurde ein synthetisches Zellmodell auf Basis von Poly(dimethylsiloxan-block-methyloxazolin) entwickelt, das über eine kationische Polymerisation von Methyloxazolin synthetisiert und durch Selbstorganisation zu Vesikeln mit einer Doppelmembran (Polymersomen) umgewandelt wurde. Diese Vesikel wurden dann auf ihr Aufnahmeverhalten für verschiedene Nanopartikel getestet.
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