Authors:	Beer, Veronika
Title:	Polymer nanoparticles : their functionalization for biomedical applications and dynamics near an electrode
Online publication date:	10-Sep-2015
Year of first publication:	2015
Language:	english
Abstract:	In this work, a method for the functionalization of biocompatible, poly(lactic acid)-based nanoparticles with charged moieties or fluorescent labels is presented. Therefore, a miniemulsion solvent evaporation procedure is used in which prepolymerized poly(L-lactic acid) is used together with a previously synthesized copolymer of methacrylic acid or a polymerizable dye, respectively, and an oligo(lactic acid) macromonomer. Alternatively, the copolymerization has been carried out in one step with the miniemulsion solvent evaporation. The increased stability in salty solutions of the carboxyl-modified nanoparticles compared to nanoparticles consisting of poly(lactic acid) only has been shown in light scattering experiments. The properties of the nanoparticles that were prepared with the separately synthesized copolymer were almost identical to those in which the copolymerization and particle fabrication were carried out simultaneously. During the characterization of the fluorescently labeled nanoparticles, the focus was on the stable bonding between the fluorescent dye and the rest of the polymer chain to ensure that none of it is released from the particles, even after longer storage time or during lengthy experiments. In a fluorescence correlation spectroscopy experiment, it could be shown that even after two weeks, no dye has been released into the solvent. Besides biomedical research for which the above described, functionalized nanoparticles were optimized, nanoparticles also play a role in coating technology. One possibility to fabricate coatings is the electrophoretic deposition of particles. In this process, the mobility of nanoparticles near electrode interfaces plays a crucial role. In this thesis, the nanoparticle mobility has been investigated with resonance enhanced dynamic light scattering (REDLS). A new setup has been developed in which the evanescent electromagnetic eld of a surface plasmon that propagates along the gold-sample interface has been used as incident beam for the dynamic light scattering experiment. The gold layer that is necessary for the excitation of the plasmon doubles as an electrode. Due to the penetration depth of the surface plasmon into the sample layer that is limited to ca. 200 nm, insights on the voltage- and frequency dependent mobility of the nanoparticles near the electrode could be gained. Additionally, simultaneous measurements at four different scattering angles can be carried out with this setup, therefore the investigation of samples undergoing changes is feasible. The results were discussed in context with the mechanisms of electrophoretic deposition. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode vorgestellt, mit der biokompatible Nanopartikel aus Polymilchs äure (poly(L-lactic acid), PLLA) mit Ladungs- oder Fluoreszenzfunktionalisierung versehen werden koennen. Hier für wurde eine Miniemulsions-Lösungsmittelverdampfungstechnik angewandt, bei der neben vorpolymerisiertem PLLA auch ein zuvor synthetisiertes Copolymer aus Methacrylsäure bzw. einem polymerisierbaren Farbstoff und einem Oligomilchsäure-Makromonomer eingesetzt wurde. Alternativ wurden die Copolymerisation gleichzeitig mit der Miniemulsion und Lösungsmittelverdampfung durchgeführt. Die erhöhte Stabilität in Salzlösungen der carboxylfunktionaliserten Nanopartikel im Vergleich zu reinen PLLA-Nanopartikeln wurde in einer Lichtstreustudie gezeigt. Hierbei waren die Eigenschaften der Partikel, die aus dem separat synthetisierten Copolymer hergestellt wurden und jenen, die aus der simultanen Durchführung des Polymerisations- und Miniemulsions-Verdampfungsschritts hervorgingen, nahezu identisch. Das Hauptaugenmerk bei der Charakterisierung der fluoreszenzmarkierten Nanopartikel lag auf einer stabilen Bindung des Fluoreszensfarbstoffs, sodass dieser auch bei Lagerung oder in längeren Experimenten nicht freigesetzt wird. Im Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie-Experiment wurde gezeigt, dass auch nach zwei Wochen keine Freisetzung des Farbstoffs in das Lösungsmittel erfolgte. Neben der biomedizinischen Forschung, für die die oben beschriebenen Nanopartikel optimiert wurden, spielen diese auch in der Beschichtungstechnologie eine Rolle. Eine Möglichkeit zur Herstellung von Beschichtungen ist die elektrophoretische Abscheidung (EPD, electrophoretic deposition) von Partikeln. Hierbei ist die Beweglichkeit von Nanopartikeln an Elektrodenoberflächen relevant. In der vorliegenden Arbeit wurde dieses mittels resonanzverstarkter dynamischer Lichtstreuung (REDLS, resonance enhanced dynamic light scattering) untersucht. Hierfür wurde ein Versuchsaufbau entwickelt, bei dem das evaneszente elektromagnetische Feld eines Oberflächenplasmons das entlang einer Gold-Proben-Grenzfläche propagiert, als einfallender Strahl für die dynamische Lichtstreuung genutzt wird. Die Goldschicht dient gleichzeitig als Elektrode. Aufgrund der limitierten Eindringtiefe des evaneszenten Feldes in die Probenschicht von ca. 200 nm konnten Erkenntnisse über die spannungs- und frequenzab ängige Beweglichkeit der Nanopartikel dicht an der Elektrode erhalten werden. Zudem ermöglicht der Aufbau die gleichzeitige Messung bei vier verschiedenen Streuwinkeln was die Untersuchung von Proben, die zeitlichen Veränderungen unterliegen, erlaubt. Die Ergebnisse wurden in Zusammenhang mit den vorgeschlagenen Mechanismen zur EPD diskutiert.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1252
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-41588
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen