Abstrakt

Temperatur- und pH-reaktives doppelt hydrophiles Betaincopolymer: Synthese und Untersuchung des Verhaltens

Jongmin Lim

Das doppelt hydrophile Polycarboxybetain-Polysulfobetain-Copolymer, Poly(2-((2-(Methacryloyloxy)ethyl)dimethylammonio)essigsäurederivat)-b-Poly(3-((2-(Methacryloyloxy)ethyl)dimethylammonio)propan-1-sulfonat) (PGLBT-b-PSPE), wurde durch reversible Expansionsbruch-Kettenreaktionspolymerisation (RAFT) gemischt. Das quadratische Copolymer war so konzipiert, dass es sowohl auf Temperatur als auch auf pH-Wert reagiert. Die temperaturabhängigen Reaktionen in der Flüssigkeitslösung von PGLBT-b-PSPE wurden durch Beobachtung des Transmissionsbereichs bei λ=400 nm aufgedeckt. Die Transmission der Lösungen nahm über 20 °C allmählich zu/ab, anders als bei Polysulfobetain-Homopolymeren oder anderen temperaturempfindlichen nichtionischen Polymeren, die normalerweise innerhalb von nur ein paar °C eine plötzliche Veränderung zeigen. Dynamische Lichtstreuungsuntersuchungen im transparenten oder durchscheinenden Zustand zeigten, dass die quadratischen Copolymerketten monodisperse Partikel bildeten (hydrodynamischer Bereich Rh = 40-60 nm, abhängig von der Kettenlänge), obwohl es sich bei beiden um hydrophile Segmente handelt, und dass sich die Partikel bei transparenter Anordnung in einzelne Ketten verwandelten. Bei mittlerer Temperatur wurden gleichzeitig stark ausgedehnte Partikel und unimerartige kleine Partikel erkannt. (Abb. 1) Die 1H-NMR-Analyse zeigte das Verschwinden bestimmter PSPE-Signale bei niedrigen Temperaturen und die Rückkehr bei Temperaturerhöhung, was darauf hindeutet, dass sich die UCST-artigen PSPE-Segmente miteinander addieren, um ein Zentrum zu bilden, und die PGLBT-Segmente eine Krone auf der Moleküloberfläche bilden. Daher bildet PGLBT-b-PSPE bei einer bestimmten Temperatur polymere Mizellen, die dann nach dem Erwärmen allmählich abgebaut und schließlich in einzelne Ketten umgewandelt werden, während die Durchlässigkeit auf nahezu 100 % ansteigt. Die Struktur der Partikel wurde durch den Unterschied der Gyrationsbreite mit der hydrodynamischen Spanne Rg/Rh identifiziert. Im Mizellenbereich betrug der Formfaktor etwa 0,77, was runde Partikel und eine enge Bindung kurz vor der Dissoziation voraussagt, was auf eine leere oder anisotrope Struktur hindeutet. Die mit TEM aufgenommenen Molekülbilder stimmten gut mit den Lichtstreuungsergebnissen überein. Unter sauren Bedingungen (pH ~2) wurden die Zeta-Potenziale der Moleküloberfläche durch Protonierung der Carboxylateinheit an den PGLBT-Ketten von nahe nach neutral ins Positive umgeleitet, und große Mengen machten die Anordnung zunehmend trübe. In dieser Anpassung wurden zwei unabhängige Anordnungen von Mikrogelen integriert, die über verschiedene pH-Bereiche der Anordnung eine pH-Reaktivität zeigen. Die Mikrogele wurden durch Copolymerisierung zweier verschiedener Comonomere mit Poly(N-Isopropylacrylamid) (pNIPAm) orchestriert. Die mit Acrylsäure copolymerisierten Mikrogele weisen bei einem pH-Wert über 4,25 eine negative Ladung auf, während die mit N-[3-(Dimethylamino)propyl]methacrylamid copolymerisierten Mikrogele bei einem pH-Wert unter 8,4 eine positive Ladung aufweisen; außerhalb dieser pH-Bereiche sind diese Mikrogele neutral.Wir zeigen, dass sich Totale bilden, wenn die beiden freien Mikrogelanordnungen einander in einer Lösung ausgesetzt werden, die sie beide auflädt. Darüber hinaus zerfallen die Mikrogele in pH-Anordnungen außerhalb dieses Bereichs, da eines der Mikrogele zerstört wird. Dieses Verhalten wurde missbraucht, um ein Medikament auf der Basis von Kleinpartikeln, Methylenblau, zu lagern (lagern) und freizusetzen (zerfallen). Dieses totalbasierte System ist ein Beispiel dafür, wie pNIPAm-basierte Mikrogele für die kontrollierte/aktivierte Medikamentenverabreichung verwendet werden können, was als Anregung für die Therapeutik dienen kann. Auf Boost reagierende Filme sind eine wichtige Klasse funktionaler Materialien, die ihre chemischen, physikalischen und Barriereeigenschaften ändern können, indem sie auf die Umweltbedingungen reagieren. Verschiedene Arten von Upgrades wurden eingesetzt, um Reaktionen auszulösen, darunter Temperatur, pH-Wert, bestimmte Partikel, Licht sowie elektrische und magnetische Felder. [1-7] Obwohl das Interesse an auf Boost reagierenden Schichten in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen hat, konzentrierten sich die Studien fast ausschließlich auf Schichten mit Einzelreaktivität. Es wurden nur wenige Studien zur Herstellung doppelt oder mehrfach reagierender Schichten durchgeführt. Friebe et al. erzeugten zuerst pH- und thermoreaktive Mikrofiltrationsfilme durch Kombination eines Diblockcopolymers mit einem pH-reaktiven Poly(N-Isopropylacrylamid) (PAA)-Block und einer thermoreaktiven Poly(N-Isopropylacrylamid) (PNIPAm)-Block in Polyethylenterephthalat (PET)-Profilschichten (TE) (0,79 und 1,9 µm Durchmesser) mittels Iota-Flow-Radikalpolymerisation (ATRP).[8] Dann wurden zwei weitere Arten von pH- und thermoreaktiven Schichten hergestellt, indem von der Strategie her Poly(N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat) (PDMAEMA) und PNIPAm-Diblockcopolymer-Bürsten in 5 µm Nylonschichten und PAA-bPNIPAm-Bürsten in 0,45 µm Zelluloseschichten mittels ATRP kombiniert wurden. Die kombinierten Bürsten aus einem pH-reaktiven Block (PAA oder PDMAEMA) und einem thermoreaktiven Block (PNIPAm) verliehen diesen Schichten eine doppelte Reaktionsfähigkeit, was durch die Änderungen der Wasserbewegung bei unterschiedlichem pH-Wert oder unterschiedlicher Temperatur bestätigt wurde. Aufgrund der enormen Porengröße der Schichten zeigten diese Schichten jedoch keine bemerkenswerte Größenselektivität.[9, 10] Darüber hinaus entwickelten Gajda et al. erstmals doppelt (partikel- und temperaturreaktiv) reagierende Filme mit kleinen Poren. Die thermoreaktiven PNIPAm- und partikelreaktiven Poly-N,N-dimethyl-Nmethacryloyloxyethyl-N-(3-sulfopropyl) ammoniumbetain (PSPE)-Blockcopolymere wurden durch ATRP mit einer moderaten Polymerisationsrate auf spurgeschnittene Polyethylenterephthalatfilme mit einer Porengröße von etwa 80 nm aufgebracht. Die Filme zeigten reversible Änderungen der atomaren Siebleistung und eine einstellbare Barriereporengröße von einem zunehmend offenen zu einem zunehmend geschlossenen Zustand in Abhängigkeit von Temperatur und Ionen.[11] Allerdings ist die Anordnung solcher nachträglich modifizierter Schichten kompliziert und schwer zu skalieren. Darüber hinausEinhergehend mit der Einschränkung der engen Poren verhinderte die Anwesenheit von Polymerbürsten als erster Block eine weitere Verbindung, die bei einer geringen Dicke des zweiten Blocks entstand, und wilde Veränderungen können zu einer ungleichmäßigen Polymerverteilung und sogar zu einer Verstopfung der Poren führen.[3, 12] Erst kürzlich wurde ein thermoresponsiver Ultrafiltrationsfilm mit zwei Wachstumstemperaturen entwickelt. PDMAEMA-b-PNIPAM wurde während der Schichtbildung durch eine nicht lösliche aktivierte Phasentrennung (NIPS) als Zusatzstoff zu Polyethersulfon gemischt. Obwohl dies eine einfache Methode zur Filmbildung ist, weisen die Schichten eine relativ große Porengrößenverteilung und ein relativ geringes Porengrößenverhältnis zwischen den „ON“- und „OFF“-Zuständen auf.[13] Die Schichten mit einer kalkulierten türähnlichen Durchlasseigenschaft haben ein hohes Anwendungspotenzial für die fortschrittliche Kontrolle der Medikamentenfreisetzung; daher haben wir in dieser Studie Ultrafiltrationsschichten mit einer entkoppelten Reaktion der Filtrationseigenschaft auf Temperatur und pH-Wert entwickelt. Die Schichtbildungsmethode wurde auf der Grundlage unserer früheren Arbeiten entwickelt.[4] Wir verwendeten eine Methanol-überkritische Kohlendioxid (Methnal-scCO2)-spezifische Wachstumsmethode, um Nanoporen mit Blockcopolymeren aus Poly(diethylenglykol)methylethermethacrylat (PMEO2MA), PDMAEMA und Polystyrol (PS)-Blockcopolymeren zu verbinden. Die Bildung der mesoporösen Sperrschicht, wobei PS der exakt stabile Teil des Gitters ist, wurde durch die spezifische Expansion der PMEO2MA-b-PDMAEMA-Bereiche vorangetrieben. Aufgrund der spezifischen Expansion der PMEO2MA- oder PDMAEMA-Bereiche zu vorhandenen Poren wird das Innere der Poren nach der Porenbildung mit PMEO2MA- oder PDMAEMA-Blöcken verschlossen. Die PMEO2MA-b-PDMAEMA-Polymerbürsten werden normalerweise an den Porenwänden befestigt und als funktionale Eingänge verwendet. PMEO2MA ist ein ungiftiges, neutrales thermoresponsives Polymer mit einer LCST von 26 °C. [14-16] PDMAEMA ist ein natürliches, schwaches Polyelektrolyt mit einem pKa-Wert von 7,0-7,5 und ein thermoresponsives Polymer mit einer LCST von 20-80 °C in wässriger Lösung. [17, 18] Daher wurde erwartet, dass diese Schichten mehrere Dimensionen aufweisen, je nach Kombination von Temperatur und pH-Wert. Um die Details der temperatur- und pH-abhängigen Anpassungsänderungen von PMEO2MA-bPDMAEMA-Bürsten zu verstehen, wurden diese Diblockcopolymere an flachen Substraten endbefestigt und mittels Neutronenreflektivität (NR) analysiert.die Schichten haben ein relativ großes Porengrößenverhältnis und ein relativ niedriges Porengrößenverhältnis zwischen den „ON“- und „OFF“-Zuständen.[13] Die Schichten mit einer berechneten türähnlichen durchlässigen Eigenschaft haben ein hohes Anwendungspotenzial für die fortschrittliche Kontrolle der Medikamentenfreisetzung; daher entwickelten wir in dieser Studie Ultrafiltrationsschichten mit einer entkoppelten Reaktion der Filtrationseigenschaft auf Temperatur und pH-Wert. Die Schichtplanungsmethode wurde auf Grundlage unserer früheren Arbeiten entwickelt.[4] Wir verwendeten eine Methanol-überkritisches Kohlendioxid (Methnal-scCO2)-spezifische Wachstumsmethode, um Nanoporen mit quadratischen Copolymeren einzuführen, die Poly(diethylenglykol)methylethermethacrylat (PMEO2MA), PDMAEMA und Polystyrol (PS)-Quadrate enthalten. Die Bildung der mesoporösen Sperrschicht, wobei PS der genau stabile Teil des Gitters ist, wurde durch gezielte Expansion der PMEO2MA-b-PDMAEMA-Domänen vorangetrieben. Aufgrund der spezifischen Ausdehnung von PMEO2MA- oder PDMAEMA-Schichten zu vorhandenen Poren wird das Innere der Poren nach der Porenbildung mit PMEO2MA- oder PDMAEMA-Blöcken verschlossen. Die PMEO2MA-b-PDMAEMA-Polymerbürsten werden normalerweise an den Porenwänden angebracht und dienen als funktionale Türen. PMEO2MA ist ein ungiftiges, unabhängiges thermoresponsives Polymer mit einer LCST von 26 °C. [14-16] PDMAEMA ist ein natürliches energieloses Polyelektrolyt mit einem pKa-Wert von 7,0-7,5 und außerdem ein thermoresponsives Polymer, das in wässriger Lösung eine LCST von 20-80 °C aufweist. [17, 18] Daher wurde erwartet, dass diese Schichten mehrere Dimensionen aufweisen, je nach Kombination aus Temperatur und pH-Wert. Um außerdem die Details der temperatur- und pH-abhängigen Anpassungsänderungen der PMEO2MA-bPDMAEMA-Bürsten zu verstehen, wurden diese Diblockcopolymere an den Enden auf ebenen Substraten befestigt und mittels Neutronenreflektivität (NR) analysiert.die Schichten haben ein relativ großes Porengrößenverhältnis und ein relativ niedriges Porengrößenverhältnis zwischen den „ON“- und „OFF“-Zuständen.[13] Die Schichten mit einer berechneten türähnlichen durchlässigen Eigenschaft haben ein hohes Anwendungspotenzial für die fortschrittliche Kontrolle der Medikamentenfreisetzung; daher entwickelten wir in dieser Studie Ultrafiltrationsschichten mit einer entkoppelten Reaktion der Filtrationseigenschaft auf Temperatur und pH-Wert. Die Schichtplanungsmethode wurde auf Grundlage unserer früheren Arbeiten entwickelt.[4] Wir verwendeten eine Methanol-überkritisches Kohlendioxid (Methnal-scCO2)-spezifische Wachstumsmethode, um Nanoporen mit quadratischen Copolymeren einzuführen, die Poly(diethylenglykol)methylethermethacrylat (PMEO2MA), PDMAEMA und Polystyrol (PS)-Quadrate enthalten. Die Bildung der mesoporösen Sperrschicht, wobei PS der genau stabile Teil des Gitters ist, wurde durch gezielte Expansion der PMEO2MA-b-PDMAEMA-Domänen vorangetrieben. Aufgrund der spezifischen Ausdehnung von PMEO2MA- oder PDMAEMA-Schichten zu vorhandenen Poren wird das Innere der Poren nach der Porenbildung mit PMEO2MA- oder PDMAEMA-Blöcken verschlossen. Die PMEO2MA-b-PDMAEMA-Polymerbürsten werden normalerweise an den Porenwänden angebracht und dienen als funktionale Türen. PMEO2MA ist ein ungiftiges, unabhängiges thermoresponsives Polymer mit einer LCST von 26 °C. [14-16] PDMAEMA ist ein natürliches energieloses Polyelektrolyt mit einem pKa-Wert von 7,0-7,5 und außerdem ein thermoresponsives Polymer, das in wässriger Lösung eine LCST von 20-80 °C aufweist. [17, 18] Daher wurde erwartet, dass diese Schichten mehrere Dimensionen aufweisen, je nach Kombination aus Temperatur und pH-Wert. Um außerdem die Details der temperatur- und pH-abhängigen Anpassungsänderungen der PMEO2MA-bPDMAEMA-Bürsten zu verstehen, wurden diese Diblockcopolymere an den Enden auf ebenen Substraten befestigt und mittels Neutronenreflektivität (NR) analysiert.Die PMEO2MA-b-PDMAEMA-Polymerbürsten werden normalerweise an den Porenwänden befestigt und dienen als funktionale Eingänge. PMEO2MA ist ein ungiftiges, neutrales thermoresponsives Polymer mit einer LCST von 26 °C. [14-16] PDMAEMA ist ein natürliches, neutrales Polyelektrolyt mit einem pKa-Wert von 7,0-7,5 und außerdem ein thermoresponsives Polymer, das in wässriger Lösung eine LCST von 20-80 °C aufweist. [17, 18] Daher wurde erwartet, dass diese Schichten mehrere Dimensionen aufweisen, je nach Kombination von Temperatur und pH-Wert. Um die Details der temperatur- und pH-abhängigen Anpassungsänderungen der PMEO2MA-bPDMAEMA-Bürsten zu verstehen, wurden diese Diblockcopolymere an flachen Substraten endbefestigt und mittels Neutronenreflektivität (NR) analysiert.Die PMEO2MA-b-PDMAEMA-Polymerbürsten werden normalerweise an den Porenwänden befestigt und dienen als funktionale Eingänge. PMEO2MA ist ein ungiftiges, neutrales thermoresponsives Polymer mit einer LCST von 26 °C. [14-16] PDMAEMA ist ein natürliches, neutrales Polyelektrolyt mit einem pKa-Wert von 7,0-7,5 und außerdem ein thermoresponsives Polymer, das in wässriger Lösung eine LCST von 20-80 °C aufweist. [17, 18] Daher wurde erwartet, dass diese Schichten mehrere Dimensionen aufweisen, je nach Kombination von Temperatur und pH-Wert. Um die Details der temperatur- und pH-abhängigen Anpassungsänderungen der PMEO2MA-bPDMAEMA-Bürsten zu verstehen, wurden diese Diblockcopolymere an flachen Substraten endbefestigt und mittels Neutronenreflektivität (NR) analysiert.