Σύνθεση, χαρακτηρισμός και εφαρμογές προτύπων πολυμερών μεγάλου πυρήνα διασταυρωμένων στο κέλυφος και αστεροειδών πολυμερών μεγάλου πυρήνα

Abstract

Στη Διδακτορική αυτή Διατριβή παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο πολυμερισμού μεταφοράς ομάδας εννέα σειρές δύο νέων πολυμερικών δομών βασισμένων στα μονομερή μεθακρυλικό μεθυλεστέρα, μεθακρυλικό 2-(διμεθυλαμινο) αιθυλεστέρα και μεθακρυλικό εστέρα του μεθυλαιθέρα της τετρααιθυλενογλυκόλης και το διασταυρωτή διμεθακρυλικό διεστέρα της αιθυλενογλυκόλης. Η σύνθεση των πολυμερών αυτών είναι μία διαδικασία δύο σταδίων που περιλαμβάνει τη σύνθεση γραμμικών πολυμερών και την ακόλουθη διασταύρωσή τους με χρήση μίγματος μονομερούς / διασταυρωτή. Παρατηρήθηκε ότι για μεγάλες περιεκτικότητες μίγματος διασταύρωσης σε μονομερές, για μικρούς βαθμούς πολυμερισμού των γραμμικών αλυσίδων και για μεγαλύτερους όγκους μίγματος διασταύρωσης συγκεκριμένης σύστασης προέκυψαν πλέγματα διασταυρωμένα στο κέλυφος, ενώ στις αντίθετες συνθήκες προέκυψαν αστεροειδή πολυμερή μεγάλου πυρήνα. Τα μεγέθη των αστεροειδών πολυμερών, προσδιορίστηκαν με στατική και δυναμική σκέδαση φωτός, μικροσκοπία ατομικής δύναμης και σκέδαση νετρονίων υπό μικρή γωνία (SANS), και παρουσίασαν μέγιστο με την περιεκτικότητα του μίγματος διασταύρωσης σε μονομερές, ενώ παρουσίασαν συνεχή αύξηση με αύξηση του μεγέθους του πυρήνα υπό σταθερή σύσταση μίγματος διασταύρωσης. Οι βαθμοί διόγκωσης και το ποσοστό του διαλυτού κλάσματος των πλεγμάτων σε THF αυξάνονταν όσο ο βαθμός πολυμερισμού του βραχίονα αυξανόταν, και όσο ο όγκος του μίγματος διασταύρωσης και η σύσταση του μίγματος σε μονομερές μειώνονταν. Οι βαθμοί διόγκωσης όλων των υδρόφιλων και αμφιφιλικών πλεγμάτων αυξάνονταν σε pH μικρότερα από 7. Μελετήθηκε επίσης ο μικροφασικός διαχωρισμός δευτεριωμένων αμφιφιλικών πολυμερικών συστημάτων στη στερεά φάση με χρήση της τεχνικής SANS. Τέλος, έγιναν πειράματα απορρόφησης και απελευθέρωσης φαρμάκου από τα πολυμερικά πλέγματα οπότε και παρατηρήθηκε ότι οι ρυθμοί ενσωμάτωσης και απελευθέρωσης καθορίζονταν από το βαθμό διόγκωσης του πλέγματος.

Group transfer polymerization was used for the preparation of nine polymer series of two novel polymer structures based on methyl methacrylate, 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate and tetra(ethylene glycol)methyl ether methacrylate monomers and ethylene glycol dimethacrylate cross-linker. The polymer synthesis was a two-step procedure that involved, first, the synthesis of linear polymers, followed by their cross-linking using a mixture of monomer and cross-linker. A high percentage of monomer in the cross-linking mixture, a short length of the linear chains and a high volume of the cross-linking mixture of constant composition favored the formation of shell-cross-linked polymer networks (SCLPNs), whereas the opposite conditions favored the formation of large-core star polymers (LCSPs). The size of the LCSPs was determined using static and dynamic light scattering, atomic force microscopy and small-angle neutron scattering (SANS), and passed through a maximum as the amount of monomer in the cross-linking mixture increased, whereas they increased with an increase of the core size at a constant composition of the cross-linking mixture. The degrees of swelling (DSs) in tetrahydrofuran of the networks and the percentage of their sol fraction increased with an increase of the DP of the arm, and a decrease of the volume of the cross-linking mixture of a constant composition. The DSs of all the hydrophilic and amphiphilic polymer networks were found to increase below pH 7. The microphase separation of deuterated amphiphilic polymer systems was also investigated in the bulk using SANS. Finally, the ability of the SCLPNs to be loaded with and release drugs was investigated, and was found that the rates of the loading and release of the drugs were strongly affected by the DSs of the polymer networks.