Fakultätsbericht 2016-2017

Abb. 2. Struktur und Ladung von PEImA sowie den entsprechenden Derivaten. Polyampholyte und Polyzwitterionen finden viel- fältig Anwendung, beispielsweise bei der Wasser- aufbereitung oder der Modifizierung von Oberflä- chen (zum Beispiel Anti-Fouling). Wir haben über die letzten Jahre synthetischen Zugang zu derar- tigen Materialien mit einer sehr hohen Ladungs- dichte pro Monomer-Einheit erlangt, sowohl am Beispiel von Polydehydroalanin (PDha) als auch für Poly(ethyl-2-imidazol-1-yl)acrylat (PEImA). In beiden Fällen können Polymere (und im Fal- le von PDha auch Blockcopolymere) durch freie radikalische oder auch kontrollierte / lebende Po- lymerisationsmethoden erhalten werden. Nach Entschützung weisen die erhaltenen Polymere je nach pH-Wert kationische, zwitterionische oder anionische Ladung auf. Uns interessiert hier die pH- und Ionenstärke-abhängige Löslichkeit so- wie die generelle Biokompatibilität. Weiterhin ver- wenden wir derartige Materialien zur Umhüllung von Metalloxid-Nanopartikeln und dann im Nach- gang zur reversiblen Adsorption gegensätzlich geladener weiterer Polyelektrolyte oder Proteine. FORSCHUNG — 51 Polyampholyte und Polyzwitterionen ─ Synthetischer Zugang und Einsatz als Bausteine [3] Rössel, C., Billing, M., Görls, H., Festag, G., Grube, M., Bellstedt, P., Nischang, I., Schacher, F.H., (2017): Synthesis and Modification of Poly(ethyl-2-imidazol-1-yl)acrylate (PEImA), Polymer 127, 182-191, DOI: 10.1016/j.polymer.2017.08.058. [4] Billing, M., Gräfe, C., Saal, A., Biehl, P., Clement, J.H., Dutz, S., Weidner, S., Schacher, F.H., (2017): Zwitterionic Iron Oxide (Fe 2 O 3 ) Nanoparticles Based on P(2VP- grad -AA) Copolymers, Macromol. Rapid Commun. 38, 1600637 DOI: 10.1002/marc.201600637. [5] Billing, M., Schacher, F.H., (2016): ATRP of 2- tert -butoxycarbonyl- aminoacrylic acid Methyl ester ( t BAMA): well-defined precursors for polyelectrolytes of tunable charge, Macromolecules 49, 3696-3705 DOI: 10.1021/acs.macromol.6b00224. Polymere Photosäuren zur Licht-vermittelten Freisetzung von Gastmolekülen Die Licht-gesteuerte Freisetzung von eingekap- selten Gastmolekülen aus nanoskaligen Trans- port-Vehikeln ist hochgradig attraktiv, da hier sowohl eine zeitliche als auch räumliche Kontrol- le erreicht werden kann. Als einen ersten Schritt in diese Richtung haben wir Polymere hergestellt, die sowohl variable Mengen an Photosäure als auch protonierbare Gruppen (tertiäre Amine) be- inhalten. Durch Bestrahlung mit UV-Licht nach Selbstorganisation in wässriger Lösung kann die Photosäure nun aktiviert werden, was zu lokalen Änderungen des pH-Wertes und zu einer Proto- nierung der Amine führt. Dadurch verändert sich die Hydrophilie des Nanopartikels und es kommt zu einer Quellung, gefolgt von einer diffusions- kontrollierten Freisetzung etwaiger Gastmolekü- le. In ersten Studien konnten wir dies sowohl für statistische Terpolymere als auch für wohldefi- nierte Blockcopolymere zeigen. [6] Wendler, F., Schneider, K.R.A., Dietzek, B., Schacher, F.H., (2017): Light-Responsive Terpolymers Based on Polymerizable Photoacids, Polym. Chem. 8, 2959-2971, DOI: 10.1039/C7PY00571G. Abb. 3. Schematische Darstellung des Konzeptes einer polymeren Photosäure: Aktivierung des Naphthol-Derivates durch Bestrahlung, gefolgt von einer Protonierung des benachbarten Amins.