The aim of this work was to modify hydrophobic polyolefins with hydrophilic polyglycerol in order to achieve improved properties and to investigate their potential biomedical application. The first part of this work focused on the biomedical application of amphiphilic polyolefin-polyglycerol systems as bioinert surfaces. PG-coated PP surfaces could be synthesized in an easy two- step approach by (1) plasma bromination for the introduction of reactive bromine anchoring groups and (2) grafting of PG-amines under very mild reaction conditions. The successfulness of the coating was investigated by contact angle, XPS, ATR-FTIR, and zeta potential measurements. The difficulties grafting bigger molecular weight PGs could be overcome by introducing more amino linkers to the surface. Longer plasma bromination times and multivalent presentation of PG resulted in higher long-term stability. The protein adsorption could be more strongly reduced for all PG-PP films in comparison to bare PP and was as good as or better than the mPEG-coated control. The best surfaces were tested for their resistance to bacteria attachment. Surprisingly, a small difference in the original amine amount already led to a big change in bacteria attachment. Surfaces with extremely low amine content showed good resistance to bacteria, which was superior to the mPEG-coated control. These new results can be used to design better real- life bioinert polymer surfaces The second part of this work focused on the biomedical application of amphiphilic polyolefin-polyglycerol systems as macromolecular carriers for drug delivery. PE-PG core-shell nanoparticles were synthesized in a simple two-step procedure by tandem coordination, ring- opening polymerization. The ability of the PE-PG copolymers to function as nanocarriers was investigated. Two different PE-PG nanocarriers were synthesized and characterized by NMR, GPC-MALLS, DLS, and cryo-TEM. The loading of the nanoparticles with two commonly used hydrophobic model dyes was investigated by UV/Vis, fluorescence, and DLS measurements. In a first study, the PE-PG nanocarrier showed unimolecular transport behavior, and the advantage over supramolecular transport could be shown by the uptake of transported NR into tumor cells under high dilution. In a second study, the soft PE-PG nanocarrier was compared to a hard nanodiamond cored ND-PG nanoparticle. The soft PE PG nanocarrier was clearly superior to the rigid ND- PG nanocarrier with regard to encapsulation capacity and the uptake of transported NR into tumor cells. The knowledge generated from these studies is useful for designing better nanocarriers in the future.
Das Ziel dieser Arbeit war die Modifizierung von hydrophoben Polyolefinen mit hydrophilen Polyglycerinen um verbesserte Eigenschaften zu erreichen und die potentielle biomedizinische Anwendung zu untersuchen. Der erste Teil der Arbeit fokussierte sich auf die biomedizinische Anwendung von amphiphilen Polyolefin-Polyglycerin-Systemen als bioinerte Oberflächen. PG-beschichtete PP-Oberflächen konnten in einem einfachen, zweistufigen Verfahren über (1) Plasmabromierung zur Einführung von reaktiven Brom-Ankergruppen und (2) das Aufpfropfen von PG-Aminen unter milden Bedingungen hergestellt werden. Der Erfolg der Beschichtung wurde über Kontaktwinkel-, XPS-, ATR-FTIR- und Zetapotential-Messungen untersucht. Die Schwierigkeit hochmolekulare PGs aufzupfropfen konnte über die Einführung von mehr Amin-Linkern überwunden werden. Eine längere Plasmabromierungsdauer und die multivalente Präsentation von PG führte zu einer höheren Langzeitstabilität. Die Proteinadsorption konnte für alle PG-PP-Folien im Vergleich zu reinem PP stark reduziert werden und war gleich gut oder besser als die der mPEG-beschichteten Kontrolle. Die besten Oberflächen wurden auf ihre Resistenz gegen Bakterienadhäsion getestet. Überraschenderweise führte ein kleiner Unterschied im ursprünglichen Amingehalt zu einer großen Änderung der Bakterienadhäsion. Oberflächen mit extrem geringen Amingehalt zeigten gute Resistenz gegen Bakterien und waren der mPEG-Kontrolle überlegen. Diese neuen Ergebnisse können für das Design von besseren, anwendungsbezogenen, bioinerten Polymeroberflächen verwendet werden. Der zweite Teil der Arbeit fokussierte sich auf die biomedizinische Anwendung der amphiphilen Polyolefin-Polyglycerin-Systeme als molekulare Transporter für Wirkstoffe. PE PG Kern-Schale-Nanopartikel wurden über ein einfaches, zweistufiges Verfahren über eine Tandem Koordinations-, Ringöffnungs- Polymerisation hergestellt. Die Fähigkeit von PE PG-Copolymeren als Nanocarrier zu agieren wurde untersucht. Zwei verschiedene PE PG-Nanocarrier wurden synthetisiert und über NMR, GPC-MALLS, DLS und Kryo-TEM charakterisiert. Die Beladung der Nanopartikel mit zwei häufig verwendeten hydrophoben Modell-Farbstoffen wurde mittels UV/Vis, Fluoreszenz und DLS Messungen untersucht. In einer ersten Studie zeigten die PE-PG-Nanocarrier unimolekulares Transportverhalten und der Vorteil gegenüber supramolekularem Transport konnte über die Aufnahme unter hoher Verdünnung von transportiertem NR in Tumorzellen gezeigt werden. In einer zweiten Studie wurde der weiche PE- PG-Nanocarrier mit einem ND-PG-Nanopartikel mit hartem Nanodiamanten als Kern verglichen. Der weiche PE-PG-Nanocarrier war dem harten ND-PG in Bezug auf Verkapselungskapazität und Aufnahme von transportiertem NR in Tumorzellen überlegen. Das in diesen Studien generierte Wissen dient nun für das Design optimierter Nanocarrier.
