Dokument: Multifunktionale Magnetische Kern-Schale-Nanopartikel für Biomedizinische Anwendungen
| Titel: | Multifunktionale Magnetische Kern-Schale-Nanopartikel für Biomedizinische Anwendungen | |||||||
| Weiterer Titel: | Multifunctional Magnetic Core-Shell Nanoparticles for Biomedical Applications | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=13408 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20100105-081735-7 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Dr. Gelbrich, Thorsten [Autor] | |||||||
| Dateien: |
| |||||||
| Stichwörter: | Magnetische Nanopartikel, Biomedizin | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Zusammenfassung:
Im Rahmen dieser Dissertation wurden nanoskalige, hydrophile, magnetische Polymerhybridmaterialien dargestellt und ihr Potential für den Einsatz in biomedizinischen Anwendungen getestet. Magnetische Magnetit-Nanopartikel wurden mittels einer oberflächeninitiierten ATRP mit hydrophilen Polymerhüllen auf Basis unterschiedlicher Methacrylate umhüllt. Die Verankerung der Polymerketten auf der Partikeloberfläche mit einer hohen Belegungsdichte führte zur Ausbildung von Bürstenstrukturen. Über die Molmasse der oberflächen-immobilisierten Polymerarme konnte die Dicke der Polymerhülle und damit der hydrodynamische Durchmesser der Partikel gesteuert werden. Für polymethoxyethylmethacrylatumhüllte Nanopartikel wurde in Methanol ein oberes kritisches Dispersionsverhalten gefunden, das zur thermoreversiblen Agglomeration der Nanopartikel im Trägermedium unterhalb einer kritischen Temperatur führt. Im agglomerierten Zustand lassen sich die Nanopartikel einfach mit kleinen magnetischen Feldgradienten separieren. Die kritische Temperatur konnte über die Molmasse der Polymerarme eingestellt werden. Durch oberflächeninitiierte Copolymerisation von Methoxyethylmethacrylat und Oligo(ethylenglykol)ethylethermeth-acrylat wurden magnetische Polymerbürsten erhalten, die ein unteres kritisches Dispersionsverhalten in Wasser aufweisen, und im Gegensatz zum oben erwähnten System oberhalb einer kritischen Temperatur agglomerieren und sedimentieren. Die kritische Temperatur ist für dieses System über die Copolymerzusammensetzung gezielt einstellbar. Über die Funktionalisierung der magnetischen Kern-Schale-Partikel mit Aktivester-bindungsstellen wurden magnetische Polymerbürsten erhalten, die für die effektive Separation von biomedizinisch interessanten Zielmolekülen genutzt werden können. In Modellexperimenten wurde eine hohe Bindekapazität für aminofunktionale Moleküle und die einfache Separierbarkeit der Nanopartikel nachgewiesen. Die Immobilisierung von Trypsin auf der Partikeloberfläche führte zu magnetischen Biokatalysatoren. In kinetischen Untersuchungen an einem Modellsystem wurde die hohe katalytische Aktivität der erhaltenen magnetischen Trypsinkatalysatoren demonstriert. Darüber hinaus wurden die magnetischen Polymerbürsten erfolgreich zur intrinsischen Erwärmung von Flüssigkeiten durch ein geeignetes magnetisches Wechselfeld genutzt. Neben den Polymerbürstenpartikeln wurden auch magnetische Nanocluster, die mit Carboxymethyldextranhüllen stabilisiert wurden, betrachtet. Die Cluster wurden durch eine fraktionierende Zentrifugation in verschiedene Größenfraktionen aufgetrennt. Anschließend wurden mittels dynamischer Lichtstreuung der mittlere hydrodyna-mische Durchmesser der einzelnen Fraktionen bestimmt. Es konnte ein linearer Zusammenhang der Clustergröße mit der in der Zentrifuge erreichten Zentrifugalkraft nachgewiesen werden. In Erwärmungsexperimenten wurde darüber hinaus gezeigt, dass die Nanocluster sich sehr gut für die Transformation von magnetischer Energie in Wärme innerhalb eines magnetischen Wechselfeldes eignen, und so zu grundlegenden Erkenntnissen in der Hyperthermie beitragen können.Abstract: Within this thesis nanoscaled, hydrophilic, magnetic polymer hybrid materials have been synthesized and tested for their use in biomedical application. Magnetic magnetite nanoparticles were surrounded by polymeric shells composed of different methacrylates via surface initiated ATRP. Due to the anchoring of the polymer chains on the particle surface and the high grafting density, brush-like architectures could be obtained. The thickness of the polymer shell and therefore the hydrodynamic diameter of the particles was tailorable by the molare mass of the surface immobilized polymer chains. For poly(methoxyethyl methacrylate) coated nanoparticles an upper critical dispersion behavior was found in methanol, leading to the thermoreversible agglomeration of the magnetic brush-particles in the carrier medium below a critical temperature. In the agglomerated state, the particles can be separated easily by low magnetic field gradients. The critical temperature was adjusted by the molare mass of the polymer chains. By copolymerization of methoxyethyl methacrylate and oligo(ethylene glycol)methyl ether methacrylate magnetic polymer brushes were obtained, showing a lower critical dispersion behavior in water. The critical temperature for this system is tailorable by the copolymer composition. Magnetic carrier for the effective separation of biomedical interesting target molecules were realized by functionalization of magnetic brush particles with acitve-ester bindig sites. In model experiments, a high binding capacity for amino-functional molecules and the facile separation of the nanocarriers were demonstrated. The immobilization of trypsin on the particle surface led to magnetic biocatalysts. In kinetic studies on a model system, the high catalytic activity of the obtained magnetic trypsin catalysts were shown. Furthermore magnetic polymer brushes were successfully used for the intrinsic heating of liquids by application of suitable oscillating magnetic field. Beside the polymer brush particles magnetic nanoclusters covered by a carboxymethyldextrane shell were investigated. The clusters were separated into different samples acording to their size by fractionated centrifugation. Each obtained size fraction was subsequently investigated by dynamic light scattering to detect the average hydrodynamic diameter. As a result a linear relationship between the cluster size and the G force given during centrifugation was found. Furthermore, in heating experiments it was shown that the nanoclusters could be used to transform magnetic energy applied by an oscillating magnetic field effectively in heat energy. Thus the clusters may contribute to basic developments in the field of hyperthermia. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Organische Chemie und Makromolekulare Chemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 05.01.2010 | |||||||
| Dateien geändert am: | 16.11.2009 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 02.10.2009 | |||||||
| Datum der Promotion: | 02.11.2009 |
