Multikompartiment Mizellen

Vergleich zwischen Blockcopolmer Mizelle und Multikompartiment Mizelle
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Multikompartiment Mizellen sind Blockcopolymer Mizellen mit einem kompartimentierten Kern, d. h. der Kern ist nicht homogen, sondern in Nanokompartimente mit unterschiedlichen chemischen Umgebungen unterteilt. Die Kompartimentierung ist eine wesentliche Voraussetzung für unser Leben (z. B. Zellen und Organellen), und synthetische Varianten versprechen Vielfältige Anwendungen, wie die getrennte Lagerung von unverträglichen Materialien in Nanometerabstand (z. B. Katalysatoren). Polymerblöcke sind intrinsisch inkompatibel und daher ideale Kandidaten für die Bildung von MCMs. Um MCMs zu erzeugen, werden drei Domänen benötigt: 1) ein löslicher Block, der eine stabilisierende Korona bildet (grün im Schema, im TEM aber nicht sichtbar); 2) zwei unlösliche Blöcke, die die Kernkompartimente bilden. ABC Triblock Terpolymere (linear oder µ-armig Stern) sind hier eine offensichtliche Wahl, da sie aus drei kovalent verknüpften Polymerblöcken bestehen, die grundsätzlich nicht mischbar sind.

  • Hierarchischer Selbstassemblierungsprozess
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    Hierarchische Strukturbildung

    Wir haben eine hierarchische Bildungsroute für ABC Triblock Terpolymere entwickelt, die eine hohe Kontrolle über Größe, Form und innerer Struktur von MCMs ermöglicht. Die Struktur genau kontrollieren zu können öffnet Wege Struktur-Wirkungsbeziehungen im Bereich des Wirkstofftransports zu identifizieren. Das Verfahren ist allgemein auf fast jede Polymerchemie anwendbar. Die Hauptanforderung ist eine Polaritätssequenz synthetisch in die Polymerkette einzuprogrammieren, z.B. A = unpolar, B = am unpolarsten, C = polar. Durch Lösungsmittel zunehmender Polarität kollabieren die Polymerblöcke sequentiell, beginnend mit dem mittleren Block B, wodurch Mizellen mit einer Korona aus A und C gebildet werden. Im zweiten Schritt aggregieren diese Mizellen, um die finale MCM Struktur zu bilden. Das Verhältnis von A zu C steuert dabei die Aggregationszahl, die überraschend einheitlich sein kann. Zum Beispiel ergab die Auswertung der oben gezeigten Probe, dass 96% der MCMs eine trigonal-planare Anordnung der B-Kompartimente ausweisen, während die restlichen MCMs entweder aus vier oder zwei B-Kompartimenten bestanden. Die Wahl verschiedener Lösungsmittelsequenzen ermöglicht die MCM-Bildung aus einer Vielzahl von ABC Triblock Terpolymeren mit pH- und thermoresponsiven Dis-/Assembly Eigenschaften, Stelath Korona, fluoreszierenden Kerndomänen und katalytischen Kerndomänen.

  • MCMs druch Kombination aus Mizellform und innerer Struktur
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    Bibliothek an Multikompartiment Morphologien

    Wir haben eine Reihe einfacher Designregeln aufgestellt, die es ermöglichen sowohl die Mizellform als auch die innere Morphologie der endgültigen Struktur synthetisch in die Polymerketten zu programmieren. Zum Beispiel bestimmt die Länge der C-Corona die Gesamtform der MCM von Kugel zu Zylinder und weiter zu Scheiben und Vesikel (oder Polymersome). Das Verhältnis zwischen den Kernblöcken A und B (genauer die Volumenanteile φA=1-φB) bestimmen die Morphologie im Inneren des Kerns mit Ähnlichkeiten zu Bulk-Morphologien. Zusammen mit der richtigen Reihenfolge der Polaritäten entlang der Kette und der passenden Lösungsmittelpolarität ermöglichen diese Parameter das systematische Abrastern einer kombinatorischen Tabelle, die (bisher) 13 verschiedene Multikompartiment-Nanostrukturen hervorgebracht hat. Dazu gehören: Kugeln-auf-Kugeln, Kugeln-auf-Zylinder, Kugeln-auf-Scheiben, Kugeln-auf-Polymersome, Doppelhelix-auf-Zylinder, gestreifte Scheiben, gestreifte Polymersome, perforierte Scheiben (wahrscheinlich die Gyroidphase), perforiert Polymersome sowie Kern-Schale-Kugeln, Zylinder, Scheiben und Polymersome.
    Diese Materialien werden hauptsächlich auf ihr Potenzial als multifunktionale Transportvehikel in der Nanomedizin untersucht. Die nanoskalige Kompartimentierung könnte jedoch auch als Template zur Herstellung anorganischer Nanostrukturen von Vorteil sein.