Polyoxazoline-silica hybrid nanoparticles
Creators: name: Bissadi, Golnaz
Publisher: name: Technische Universität Dortmund
Year: 2016
Subjects: subject: Core-shell nanoparticle
subject: Silica
subject: Polyoxazoline
subject: 540

description: Kern-Schale basierte Nanopartikel sind Materialien, die eine zunehmende Aufmerksamkeit erfahren aufgrund ihrer zahlreichen möglichen Anwendungen in den Materialwissenchaften, z. Bsp. der Katalyse, der Optik oder der Biomedizin. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Silika-Nanopartikel (SNPs) hergestellt und charakterisiert für Biomedizinanwendungen, die mit einer Poly(2-methyl-2-oxazolin) (PMeOx) Hülle umgeben sind. SNPs wurden mithilfe der reversen Mikroemulsion hergestellt gefolgt von der kovalenten Kopplung der PMeOx-Ketten auf der Silikaoberfläche mithilfe verschiedener Techniken, wie die “grafting-to”, “grafting-from” und der in-situ Immobilisation und Polymerisation von 2-Methyl-2-oxazolin (MeOx). Für die Herstellung der PMeOx-beschichteten SNPs nach der “grafting-to” Methode, wurden zwei unterschiedliche Ansätze untersucht, dazu gehören die Click-Chemie und die Silan-Kupplungsreaktion; wobei nur die letztere zu relativ hohen Pfropfdichten führte. Die Synthese der Silikahybridpartikel wurde weiter verbessert durch Bildung der Polymerhülle mithife des “grafting-from” Verfahrens und Immobilisierung eines Initiators auf der Partikeloberfläche vor der Polymerisation. Die Pfropfdichte und die Dicke der Polymerhülle wurden kontrolliert durch Variation der Polymerisationszeit und der Monomer / Initiatorverhältnisse. Die so erhaltenen Hybridnanopartikel wurden weiter funktionalisiert mit Fluoresceinisothiocyanat für die bildgebende Diagnostik und Folsäure für das Tumor-spezifische aktive Targeting. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, daß Fluorophore, wie Tris(bipyridine)ruthenium(II) chlorid in den Silikakern verkapselt werden können bevor die Oberflächen-initiierte Polymerisation von 2-Methyl-2-oxazolin durchgeführt wurde. Schließlich wurde eine Eintopfvariante entwickelt und optimiert, bei der in-situ der Initiator immobilisiert wird und die Polymerisation von 2-Methyl-2-oxazolin für die Bildung der PMeOx beschichteten SNPs abläuft. Dies führte zu einer Pfropfdichte ähnlich der, die bei der “grafting-to” Methode gefunden wurde, jedoch mit dem Vorteil der vereinfachten Reaktionsführung.
description: Core-shell nanoparticles have found increased attention in the past years due to their many potential applications in material science, i.e. catalysis, optics and biomedicine. In this thesis, well-defined silica nanoparticles (SNPs) coated with poly(2-methyl-2-oxazoline) (PMeOx) have been prepared and characterized for biomedical applications. SNPs were synthesized through the reverse microemulsion method followed by the chemical binding of PMeOx chains to the surface of the silica core via various approaches including “grafting to”, “grafting from”, and in-situ immobilization and polymerization of 2-methyl-2-oxazoline (MeOx). For the synthesis of PMeOx-coated SNPs via the “grafting to” approach, two different methods were employed involving click chemistry and the silane coupling reaction; however, only the latter method resulted in a relatively higher grafting density. The hybrid nanoparticle synthesis was further improved by fabricating the polymer shell via the “grafting from” approach and immobilization of an initiator on the particle surface before polymerization. Grafting density and thickness of the polymeric shell was controlled by varying the polymerization time and monomer/initiator ratio concentration. These hybrid nanoparticles were further functionalized with fluorescein isothiocyanate and folic acid as a fluorescence imaging molecule and cancer-targeting ligand, respectively. Moreover, hybrid nanoparticles with tris(bipyridine)ruthenium(II) chloride as a fluorophore encapsulated in the silica core were prepared before the PMeOx shell was formed by the “grafting-from” method. Finally, a novel one-pot method was designed and optimized entitled “in situ immobilization and polymerization of monomer” for the synthesis of PMeOx-coated SNPs. This led to a grafting density similar to the “grafting to” approach with the advantage of a simplified the reaction procedure.