Multifunctional magnetically loaded polyorganosiloxane nanocomposites for biomedical applications [Elektronische Ressource] / Stefanie Utech

Steffi Joetze

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• Publié par: johannes_gutenberg-universitat_mainz
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 29
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

Multifunctional
Magnetically loaded Polyorganosiloxane
Nanocomposites
for Biomedical Applications


Dissertation
zur Erlangung des Grades
„Doktor der Naturwissenschaften“
im Promotionsfach Chemie

am Fachbereich Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.


Stefanie Utech
Geboren in Neustadt/Wstr.

Mainz 2011



















































Die vorliegende Arbeit wurde im Zeitraum von Dezember 2007 bis Februar 2011 am Institut für
Physikalische Chemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz angefertigt.


























Dekan:
1. Berichterstatter:
2. Berichterstatter:
Tag der mündlichen Prüfung:





































1



































Curiosity is the essence of the scientific mind.

Bill Watterson, Calvin and Hobbes 2









Abstracts 3

Abstracts

Multifunktionelle magnetisch beladene Polyorganosiloxan Nanopartikel für
biomedizinische Anwendungen

Während der letzten Jahrzehnte haben funktionelle Nanopartikel zunehmend wissenschaftliches
Interesse geweckt. Besonders in biomedizinischen Anwendungen finden multifunktionelle
polymere Materialien vielseitige Einsatzmöglichkeiten beispielsweise als
farbstofffunktionalisierte Marker oder wirkstoffbeladene Transportsysteme. Der Einbau
magnetischer Nanopartikel ermöglicht zusätzlich eine magnetische Detektion und Manipulation.
Ein vielversprechendes System auf dem Weg zu multifunktionellen Nanopartikeln stellen
Polyorganosiloxan Partikel dar. Durch Polykondensation von Silanmonomeren in wässriger
Dispersion können Polyorgansiloxan Nanopartikel im Größenbereich von 10 bis 150 nm im
Durchmesser hergestellt werden. Die vielseitige Silanchemie ermöglicht den Aufbau
multifunktioneller Netzwerksysteme. In der vorliegenden Arbeit, konnten hydrophile
Eisenoxidnanopartikel effizient und unter Erhalt ihrer superparamagnetischen Eigenschaften in
die Polymerpartikel eingebaut werden. Der Einfluss verschiedener Partikelgrößen sowie
verschiedener Eisenoxidgehalte wurde untersucht. Durch den Aufbau einer Kern-Schale-
Architektur konnte eine gezielte Modifizierung des Partikelinneren und der Partikeloberfläche
erreicht werden. Durch den Einbau fluoreszenzmodifizierter Monomere konnte eine
Farbstoffmarkierung des Partikelkerns erzielt werden. Zusätzlich wurde eine hydrophile
Oberflächenmodifizierung mittels Polyethlenoxid durchgeführt. Die Funktionalisierungen
wurden unabhängig voneinander sowie in Kombination durchgeführt und der Einfluss der
Funktionalisierung auf die Effizienz der magnetischen Beladung untersucht. Die Anwendbarkeit
der synthetisierten Partikel in biomedizinischen Anwendungen wurde mit Hilfe von
Zellaufnahme und Toxizitätstests nachgewiesen. Des Weiteren wurden biofunktionalisierte
Partikel mittels EDC-Kopplung mit Biotin und Insulin hergestellt.








4 Abstracts


Multifunctional Magnetically Loaded Polyorganosiloxane Nanoparticles for Biomedical
Applications

For the last few decades, the interest in functional nanomaterials is steadily increasing.
Especially, in biomedicine the range of possible applications of multifunctional nanoparticles
including dye-labeled makers and drug loaded carrier systems is extraordinary large. The
incorporation of magnetic nanoparticles allows for an additional magnetic detection and
manipulation. One promising system on the way to multifunctional nanomaterials is the
polyorganosiloxane system. Via polycondensation of silan monomers in aqueous dispersion
polyorganosiloxane nanoparticles with particle diameter between 10 and 150 nm can be
synthesized. The versatile silane chemistry allows for the design of multifunctional network
structures. In this work, hydrophilic iron oxide nanoparticles could be encapsulated into the
polymeric particles in a highly efficient process whereat the superparamagnetic nature of the
inorganic particles was restrained. The influence of different sized particles as well as the
amount of the incorporated material was investigated. Using a core-shell architecture, controlled
core and surface modifications could be achieved. An effective fluorescent labeling was
performed via incorporation of dye-labeled monomers. Additionally, a hydrophilic surface
modification was carried out via a grafting onto process of poly(ethylene glycol). Individual
core and surface functionalization was achieved and the influence of the modification on the
efficiency of the magnetic loading was tested. The applicability of the multifunctional particles
in biological systems was proved via cellular uptake and toxicity testings. Furthermore,
biofunctionalized particles were synthesized by EDC coupling using biotin and insulin.