Kontinuierliche Herstellung und Aufarbeitung polymerbasierter Nanopartikel sowie Verkapselung hydrophober Substanzen
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Abstract
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die kontinuierliche Herstellung und Aufarbeitung polymerer Nanopartikel mit reproduzierbaren und kontrollierten Eigenschaften untersucht, welche auf einer Kombination der Miniemulsionstechnik mit der Lösungsmittelverdampfungsmethode basiert, sowie Experimente zur Verkapselung hydrophober Substanzen in kontinuierlicher Prozessführung durchgeführt.
Die Kombination aus Miniemulsionstechnik und Lösungsmittelverdampfungsmethode stellt ein wertvolles Verfahren dar, um eine Vielzahl an funktionellen polymeren (Hybrid-)Materialien darzustellen und hydrophobe Substanzen effektiv zu verkapseln.
Bei der Entwicklung eines vollständig, kontinuierlich verlaufenden Prozesses ist es zweckmäßig, nicht nur die Synthese durchzuführen, sondern auch das Downstream Processing abzudecken. Daher wurde zu Beginn der Arbeit der Fallfilmmikroreaktor auf seine Wirksamkeit im Hinblick auf ein kontinuierliches Stripping von Tetrahydrofuran (THF) aus einem THF-Wasser-Gemisch untersucht. Es wurde ein Massentransfermodell zur Beschreibung des Strippingprozesses eines binären Systems entwickelt, das eine gute Übereinstimmung mit den experimentell gewonnenen Daten zeigt.
Bei dem entwickelten, kontinuierlichen Verfahren wurden ein statischer Mikromischer sowie eine Durchflussultraschallzelle erfolgreich dazu eingesetzt, eine wohldefinierte Miniemulsion herzustellen. Die disperse Phase der Emulsion besteht hierbei aus Tröpfchen eines organischen Lösungsmittels mit gelöstem Polymer und wird umgeben von einer kontinuierlichen wässrigen Phase, welche Tensid zur Stabilisierung enthält. Das Verdampfen des Lösungsmittels erfolgte kontinuierlich und höchst effektiv über den Fallfilmmikroreaktor und resultierte in der Bildung wässrig-dispergierter polymerer Nanopartikel.
Abhängig von der Polymerzusammensetzung, experimentellen Parametern (z.B. Flussrate, Mischverhältnis, usw.) sowie der Anwesenheit anorganischer Substanzen konnten mit dem entwickelten Verfahren erfolgreich und reproduzierbar Partikel mit unterschiedlichen Eigenschaften und Morphologien hergestellt werden:
- Durch Anpassung der Reaktionsparameter konnten gezielt Polystyrol-Partikel mit Durchmessern zwischen 50 nm und 250 nm dargestellt werden.
- Das Verfahren ermöglichte eine höhere Verkapselungseffizienz superparamagnetischer Eisenoxid-Partikel in Polystyrol im Vergleich zur Literatur.
- Es wurden Janus-Partikel aus Polystyrol und Poly-L-Lactid kontinuierlich gewonnen.
- Bei der kontinuierlichen Verkapselung von Nilrot in Polystyrol bzw. Poly(Lactid-co-Glycolid) (PLGA) kam es im Gegensatz zur Batchmethode zu einer Löschung der Fluoreszenz. Wird der Farbstoff jedoch aus den kontinuierlich hergestellten Partikeln wieder freigesetzt, tritt das Fluoreszenzsignal ohne Verluste in der Intensität wieder auf, und bietet so das Potential, als molekulare Sonde verwendet zu werden.
- Abschließend konnte eine erhöhte Aufnahme von PLGA Nanopartikeln mit verkapseltem Magnetit in einem angelegten Magnetfeld in humane Glioblastomzellen im Vergleich zu Versuchen ohne Magnetfeld und zu Versuchen mit Partikeln ohne verkapselte Eisenoxide mit und ohne Magnetfeld gezeigt werden.