dc.contributor.author
Lukowiak, Maike Christina
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:27:45Z
dc.date.available
2015-05-22T09:50:53.261Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/10509
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-14707
dc.description
1 Introduction 1 1.1 Amphiphilic Polyolefin-Polyglycerol Systems 1 1.1.1
Polyolefins 1 1.1.2 Polyglycerol 7 1.2 Biomedical Application of Amphiphilic
Polyolefin-Polyglycerol Systems 9 1.2.1 Bioinert Surfaces 9 1.2.2
Macromolecular Carriers for Drug Delivery 20 2 Scientific Goals 32 3
Publications and Manuscripts 34 3.1 Polyglycerol Coated Polypropylene Surfaces
for Protein and Bacteria Resistance 34 3.2 Tandem Coordination, Ring-Opening,
Hyperbranched Polymerization for the Synthesis of Water-Soluble Core–Shell
Unimolecular Transporters 50 3.3 Carbon-Based Cores with Polyglycerol Shells –
The Importance of Core Flexibility for Encapsulation of Hydrophobic Guests 73
4 Summary and Conclusion 105 5 Outlook 108 6 Kurzzusammenfassung/ Short
Summary 109 6.1 Kurzzusammenfassung 109 6.2 Short Summary 111 7 References 112
8 Curriculum Vitae 118
dc.description.abstract
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.
de
dc.description.abstract
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.
de
dc.format.extent
IV, 119 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::547 Organische Chemie
dc.title
Synthesis, Properties, and Biomedical Application of Polyolefin-Polyglycerol
Hybrid Systems
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Rainer Haag
dc.contributor.furtherReferee
Priv.-Doz. Dr. Christoph Böttcher
dc.date.accepted
2014-12-15
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000099158-9
dc.title.translated
Synthese, Eigenschaften und Biomedizinische Anwendung von Polyolefin-
Polyglycerin Hybrid Systemen
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000099158
refubium.note.author
Aus Copyrightgründen sind die Zeitschriftenartikel hier nicht online
veröffentlicht.
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FUDISS_derivate_000000016950
dcterms.accessRights.dnb
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