Untersuchungen zur Stabilisierung von selbstorganisierten Blockcopolymer-Aggregaten

Als Grundlage für ein erweitertes Modell eines Nanoreaktoren wurden Triblockcopolymer-Aggregate verwendet, welche aus einem amphiphilem Poly(2-methyloxazolin)-block-poly(dimethylsiloxan)-block-poly(2-methyloxazolin) mit polymerisierbaren Methacrylat-Endgruppen bestehen. Durch Polymerisation dieser reaktiven Termini in den gebildeten Superstrukturen können die Stabilität der Vesikel erhöht und gleichzeitig eine weitere Funktionalität eingebaut werden. Dabei war beabsichtigt, das Konzept des Nanoreaktors auf eine potenzielle Anwendung als Glucose-sensitives Insulin-Freisetzungssystems zu übertragen.
Dazu wurde das Quellvermögen von Vesikeln, die mit sauren (Polyacrylsäure, PAS) bzw. basischen (Polyaminoacrylat, PAA) Gruppen funktionalisiert wurden, bei unterschiedlichen pH-Werten untersucht. Für PAS-Vesikel wurde bereits ab einer Funktionalisierung mit 1 %wt PAS eine Zunahme der Partikeldimensionen beobachtet, wobei ein minimaler pH-Wert von 11 benötigt wird. Wenn 10 %wt PAS eingesetzt werden, können die Blockcopolymer-Aggregate sogar bis zum Platzen gequollen werden. Bei der Funktionalisierung mit PAA wurde ein Quellen erst mit 5 %wt PAA (max. pH-Wert: 2) erreicht.
Da die zentrale und sensibelste Einheit des Freisetzungssystems aus dem Enzym Glucoseoxidase (GOD) besteht, das in den Reaktoren verkapselt ist, wurde der Einfluss der verwendeten Herstellungsbedingungen wie UV-Bestrahlung (aus Polymerisation), Zusatz des basischen Monomers 2,2-Diethyl(aminoethyl)acrylat und Photoinitiator IRGACURE 2959 auf die enzymatische Aktivität von GOD bestimmt. Aus den Untersuchungen ging hervor, dass die Standardherstellungsmethode der zugrunde liegenden Blockcopolymer-Vesikel in keiner Weise eingeschränkt wird.
Der experimentelle Nachweis einer Wirkstofffreisetzung wurde mittels kontinuierlicher Detektion eines verkapselten Fluoreszenz-Farbstoffs angestrebt, wobei die verwendete Methode widersprüchliche Resultate lieferte.
Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit befasste sich mit der Herstellung eines neuartigen amphiphilen Blockcopolymers, wobei als hydrophober Block wiederum Polydimethylsiloxan (PDMS) vorgegeben wurde. Zum Aufbau des linearen hydrophilen Blocks wurde Glycidol als Monomereinheit gewählt, welches in einer anionisch Ring-öffnenden Polymerisation zu Polyglycidol umgesetzt wurde. Um Verzweigungen im Polymergerüst zu vermeiden, wurde die freie Hydroxylfunktion von Glycidol als Tetrahydropyranylether (THP-Glycidol) geschützt.
Der direkte Syntheseweg über den Einsatz von PDMS als Makroinitiator erwies sich als ungeeignet, da die im Aktivierungsschritt verwendeten basischen Bedingungen eine Degradation des Siloxans bewirkten. Alternativ dazu sollten die einzelnen Polymerblöcke getrennt hergestellt und anschliessend in einer Kupplungsreaktion (Hydrosilylierung) miteinander verbunden werden.
Zur Synthese des Polyglycidol-Blocks wurde Allylalkoholat als Initiator eingesetzt, welcher aus der Deprotonierung mit metallischem Kalium erhalten wurde, wobei nach 20 Stunden bei 100 °C das Rohprodukt zunächst mit einem Polydispersitätsindex D von 1.24 isoliert und nach erfolgter Reinigung in Fraktionen mit D ≤ 1.14 aufgetrennt werden konnte. Die anschliessende, Platin-katalysierte Hydrosilylierung in Tetrahydrofuran lieferte die gewünschten Poly(THP-glycidol)-block-poly(dimethylsiloxane) in mässigen bis guten Ausbeuten.
Als letzter und kritischster Schritt erwies sich die Entfernung der Schutzgruppen, wobei diese grundsätzlich sowohl unter basischen als auch sauren Reaktionsbedingungen durchgeführt werden kann. Aufgrund der Basenlabilität von PDMS konnte die Abspaltung für das vorliegende Blockcopolymer nur säurekatalytisch erfolgen. Obwohl verschiedenste Reaktionsparameter wie Lösungsmittel, Säurestärke, Reaktionszeit resp. –temperatur verändert wurden, konnten die Hydroxylfunktionen im besten Fall, d.h. unter den mildesten Reaktionsbedingungen, partiell entschützt werden. Bei strengeren Bedingungen wurden nicht charakterisierbare Substanzen erhalten, welche mit dem Auftreten von Abbau- und/ oder Quervernetzungsreaktionen des Polyglycidolblocks erklärt wurden. Da sowohl basische als auch saure Bedingungen jeweils einen Block negativ beeinträchtigen, bleibt eine Neuplanung der Synthese unumgänglich.