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Titel:Green Electrospinning bioabbaubarer Polymerdispersionen zur Darstellung wasserstabiler Submikrometerfasern
Autor:Bubel, Kathrin
Weitere Beteiligte: Greiner, Andreas (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2014
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2014/0387
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2014-03871
DOI: https://doi.org/10.17192/z2014.0387
DDC: Chemie
Publikationsdatum:2014-09-08
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Green Electrospinning, Nanofaser, Biodegradable Nanofibers, Elektrospinnen, Polymer Dispersions, Polymerdispersion

Zusammenfassung:
Das Ziel der vorliegenden Doktorarbeit war die Herstellung elektrogesponnender wasserstabiler, bioabbaubarer Polymerfasern auf Basis wässriger Dispersionen unter Zusatz eines Matrixpolymers, um den Einsatz potentiell gesundheitsgefährdender Lösungsmittel im Elektrospinnenprozess zu vermeiden und damit die Anwendungspalette des Elektrospinnens im medizinischen, pharmazeutischen und Agrabereich zu erweitern. Als Polymere wurden dazu amphiphile Blockcopolyester eingesetzt, die aus einem hydrophoben aliphatischen Polyesterblock und einem hydrophilen Polyethylenoxid-Block bestanden. Die Herstellung der 16 wt% wässrigen Polymerdispersionen erfolgte über die Solvent Displacement Methode und anschließender Dialyse. Die Partikelgröße der so erhaltenen Dispersionen betrug zwischen 40-250 nm. Durch Zusatz eines Matrixpolymers (z.B. Polyetyhelenoxid) wurden anschließend via Elektrospinnen wasserstabile Fasern erhalten werden. Der Einfluss der Partikelgröße des Polymers, sowie die Menge, das Molekulargewicht und die chemische Zusammensetzung des Matrixpolymers auf die Verspinnbarkeit wurden untersucht. Des Weiteren wurden die Wasserstabilität, die Morphologie und die mechanischen Eigenschaften der Fasern analysiert. In einer zweiten Versuchsreihe wird eine neue organische lösungsmittelfreie Variante vorgestellt, um die Elektrospinnformulierungen herzustellen. Die dabei erhaltenen Elektrospinnformulierungen wurden anschließend auf ihre Viskosität und ihre Verspinnbarkeit getestet. Die Wasserstabilität der erhalten Fasern wurden ebenfalls untersucht. Zudem wurde das Anwendungspotential der Fasern als „Drug Carrier System“ getestet, indem verschiedene Additive (Propofol, PEI-DNA-Komplexe) in die Fasern eingebaut und ihre Freisetzungsrate bestimmt wurde.

Summary:
Water stable and biodegradable nanofibers were successfully prepared by Green Electrospinning of concentrated, tenside-free, aqueous dispersions of amphiphilic block copolymers consisting of a hydrophobic aliphatic polyester block and a hydrophilic MPEG block. The 16 wt% aqueous dispersions of aliphatic polyester-block-MPEG were prepared by Solvent Displacement method followed by dialysis. Depending on the aliphatic polyester-to-MPEG-ratio the particle sizes of the dispersions were in the range of 40-250 nm. The obtained dispersions were processed to nanofibers by Green Electrospinning adding poly(ethylene oxide) and poly(vinyl alcohol) as template polymers. The influence of the particle size of the polymer, as well as the amount, molecular weights and kind of the template polymer on the electrospinnability were investigated. Furthermore the water stability, structure and mechanical properties of the fibers were analyzed. In doing so electrospinning of high molecular weight PEO and longer polyester blocks gave best results in terms of bead-free and smooth fibers. In a second approach a new organic solvent free method for the electrospinning feed preparation were described by melting the polymer in water and adding the PEO as template polymer to the obtained emulsion. This Melt Dispersion method resulted in high viscous electrospinning feeds. The influence on the viscosity of the block copolymer as well as the amount and molecular weight of template polymer were investigated. The electrospinnability and the water stability of the fibers - compared to the Solvent Displacement based electrospinning feeds - were analyzed as well. The capability of these aliphatic polyester-block-MPEGs as drug carrier system was investigated using propofol, a pheromone and PEI-DNA complexes as additives. The presences of the additives in the fibers were confirmed by 1H-NMR spectroscopy. The release rate was detected by measuring an isothermal TGA.


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