Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-1232
Authors: Malzahn, Kerstin
Title: Saccharide based nanocapsules - From monomer building blocks to improved capsules properties
Online publication date: 11-Aug-2015
Language: english
Abstract: In dieser Arbeit wurde der vielfältige Nutzen von Kohlenhydraten in Nanokapsel Systemen untersucht. Drei verschiedene Nanokapsel-Typen wurden durch Reaktion an der Grenzfläche von inversen Miniemulsionen hergestellt. Es wurde gezeigt, dass die Kohlenhydrate nach Modifizierung als Monomer an der Kapselbildung teilnehmen können, oder zur Erhöhung der Sensitivität eines verkapselten Kontrastmittels beitragen können. Im Folgenden werden die Ergebnisse der einzelnen Projekte zusammengefasst. Eine neuartige Grenzflächen-Synthese zur Herstellung von Nanokapseln wurde entwickelt und untersucht. Bei der Reaktion handelt es sich um eine Ruthenium katalysierte Olefin-Kreuzmetathese, welche für die Reaktion an der Grenzfläche angepasst wurde. Als wasserlösliches Macromonomer wurde Dextranacrylat synthetisiert. Der Reaktionspartner war ein öl-löslichen Phosphoester (Phenyldi(undec-10-en-1-yl)phosphat). Anhand von NMR-Spektren wurde gezeigt, dass die Kapselbildung auf Olefin Kreuzmetathese beruht. Im Vergleich zu konventionellen Estern haben Phosphorester eine weitere Möglichkeit zur chemischen Funktionalisierung. Dies wurde exemplarisch durch die Verwendung von fluoreszenzmarkierten Phosphoestern gezeigt. Die Markierung wurde verwendet, um die pH-induzierte Abbaubarkeit der Nanokapseln mittels Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie zu beobachten. Ziel des zweiten Projekts war es, Nanostrukturen zu entwickeln, um Infektionen mit Antibiotika-resistenten Bakterien lokal zu behandeln. Dazu wurden mit Dextranmethacrylat vernetzte Poly(acrylamid) basierte Nanogele synthetisiert und Zinknitrat zugesetzt. Die Synthese der Nanogele wurde erweitert, um durch Vernetzung freier Alkoholgruppen mit Toluoldiisocyanat eine Kapselschale zu erhalten. Die Schalenbildung spiegelte sich in einer geringeren Quellbarkeit der Gel- Schale-Hybride wieder. Die erhaltenen Gel-Schale-Hybride waren in der Lage das Wachstum von zwei Methicillin-resistenten Bakterienstämmen (S. aureus) zu unterdrücken und verzögern. Die synthetisierten Hybridstrukturen könnten in der Beschichtung von Wundauflagen Verwendung finden, um bakterielle Infektionen lokal und direkt nach Ausbruch zu behandeln. Ziel des dritten Projektes war es, die wichtigen Parameter in der Herstellung von Nanokapseln mit hoher Kontrastmittel Sensitivität zu identifizieren. Relaxivität/Signalsensitivität des Kontrastmittels ist von großer Bedeutung für die Bildgebung mittels MRI, dies kann durch die Begrenzung der Mobilität des Kontrastmittels erreicht werden. Aufgrund seiner hohen Komplexstabilität und seiner klinischen Bedeutung wurde das Kontrastmittel Gadobutrol für die Verkapselung verwendet. Das Kontrastmittel wurde in Polyharnstoff-Kapseln eingeschlossen, die durch einen inversen Miniemulsion-Prozess hergestellt wurden. Um die Viskosität im Inneren der Nanokapsel zu erhöhen, wurden zusätzlich Saccharose, Dextran und Polyacrylsäure verkapselt. In Gegenwart von Saccharose konnte die Relaxivität verdoppelt werden. Dies gründet sich vermutlich auf einem Second-sphere Effekt der Saccharose, einer auf Wasserstoffbrückenbindungen beruhende Interaktion von Kontrastmittel und Saccharose.
In this work, three nanocapsular systems were studied. They all share the use of saccharides, a biocompatible and sustainable class of materials. Nanocapsules with an aqueous core are thought to be a suitable vehicle for the targeted transport of hydrophilic drugs in the body. In the first part of the thesis, a new and facile route for the formation of biocompatible nanocapsules was invented. Olefin cross-metathesis was evaluated for its potential to replace the current interfacial polymerization reactions like polyaddition reactions based on diisocyanates without the use of toxic monomers. The employed metal catalyst is considered removable. A polysaccharide was modified and used as a hydrophilic capsule forming monomer, which should react with the hydrophobic polyphosphoesters at the interface. The second project, described in this thesis, marries the advantages of nanogels and nanocapsules to form a core-shell system. Similar to the first project, the presented approach also employs a modified model polysaccharide as a molecular building block. Initial studies regarding the antibacterial activity and cytotoxicity of the core-shell system were carried out to prove its potential for application for wound dressings. The third project is aimed to understand how the nanocapsules properties are influenced by their preparation conditions. The exchange between nanocapsules interior and exterior was studied by means of change in contrast agent relaxivity. Secondly, the nanocapsules core was modified. The encapsulation of high viscosity liquids was thought to enhance the nanocapsules relaxivity. With this regard, polysaccharides were not used as building blocks but rather as an interior filling.
DDC: 540 Chemie
540 Chemistry and allied sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1232
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 136 S.
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