Synthesis and characterization of particles fabricated by layer-by-layer assembly
The subject of this doctoral dissertation is the synthesis and characterization of microcapsules and nanoparticles fabricated by Layer-by-Layer (LbL) assembly. The technique is based on the electrostatically-driven alternated adsorption of cationic and anionic charged polymers in a layer-by-layer...
Saved in:
Main Author: | |
---|---|
Contributors: | |
Format: | Doctoral Thesis |
Language: | English |
Published: |
Philipps-Universität Marburg
2014
|
Subjects: | |
Online Access: | PDF Full Text |
Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
Table of Contents:
Das Thema der vorliegenden Dissertation ist die Synthese und Charakterisierung
von Mikrokapseln und Nanopartikeln, welche durch das Layer-by-Layer-Verfahren
hergestellt wurden. Dieses Verfahren basiert auf der Adsorption von Schichten
positiv und negativ geladener Polymere, ähnlich der Schichtstruktur einer Zwiebel.
Die Synthesen von Polyelektrolytmehrfachschichten wurden durch elektrostatische
Anziehung auf Kalziumkarbonat-Mikropartikeln und Gold-Nanopartikeln
durchgeführt. Aufgrund des Größenunterschieds der Partikel wurden zwei
verschiedene Strategien für die Beschichtung gewählt.
Das erste Ziel war die Beschichtung von sphärischen Kalziumkarbonatpartikeln mit
einem Durchmesser von 1-6 μm mit unterschiedlich geladenen Polyelektrolyten.
Dabei wurden Polyelektrolyte mit verschiedenen Eigenschaften benutzt, um die
Kapseln herzustellen. Das System biologisch abbaubarer Kapseln bestand aus
Dextransulfat und Poly-Arginin (DEXS/PARG), während die nichtabbaubaren
Kapseln aus Poly(Natrium-4-Styrolsulfat) und Poly-Allylamin-Hydrochlorid
(PAH/PSS) bestand. Weiterhin wurden Kapseln mit einer Silicahülle hergestellt, die
aufgrund ihrer Ladungsneutralität und Bioabbaubarkeit ausgewählt und mit den
anderen Kapselsorten verglichen wurde. Für das Beladen der Partikel wurden zwei
verschiedene Ansätze verfolgt: i) die Co-Precipitation-Methode und ii) das
Post-Loading. Die Effizienz der Kapselbeladung wurde untersucht.
Desweiteren wurden multifunktionelle Kapseln produziert, indem magnetische
Nanopartikel oder Gold-Nanopartikel in die Hülle der Kapseln eingebettet wurden.
Die Funktionalisierung wurde dabei wieder durch elektrostatische Anziehung
zwischen Nanopartikeln und Polyelektrolyten bedingt. Verschiedene Anwendungen
dieses Systems für Transportaufgaben und Detektion wurden untersucht. i)
Polyelektrolytkapseln mit und ohne magnetische Nanopartikel in der Hülle wurden
per Post-Loading mit dem pH-Indikator Seminaphtarodafluor (SNARF) beladen.
Der Aufbau dieser Kapseln war (PSS/PAH)2(Magnetnanopartikel)(PSS/PAH)2. Die
Ergebnisse zeigen, dass das eingekapselte ionensensitive Fluorophor ein
Ionensensor mit kurzer Reaktionszeit (500 ms im Fall von SNARF) ist, der
desweiteren im Magnetfeld bewegt werden kann. ii) Kubische, magnetische
Nanopartikel wurden in die Hülle der Kapseln eingebettet, wobei Poly(acrylamidco-
diallyldimethylammoniumchlorid) P(Am-DDA) anstelle von PAH verwendet
wurde, da die große Ladung von P(Am-DDA) zur besseren Anlagerung der
Nanopartikel führte. Die Struktur der Hülle war (PSS/PAH)- (PSS/P(Am-DDA)-
Magnetnanopartikel(PAH)(PSS/PAH)2. Da magnetische Nanopartikel durch
Anregung mit einem alternierenden Magnetfeld Hitze erzeugen, können die
Kapseln auf diese Weise geöffnet werden. iii) Bioabbaubare und mit Licht
anregbare Kapseln mit einer Hülle aus Polyelektrolyten und Silica wurden
IV
hergestellt, wobei optothermische Goldnanopartikel in die Hülle eingearbeitet
wurden. Die Struktur der Kapseln war (1) mPEG-SH@SiO2@PARG, (2) (PSS/
PAH)@AuNP@mPEG-SH-@SiO2@PARG, (3) (DEXS/PARG)5, (4) (DEXS/
PARG)3AuNP(DEXS/PARG)2, (5) (PSS/PAH)5, and (6) (PSS/PAH)3AuNP(PSS/
PAH)2. Zusätzlich wurde die Zytotoxizität dieser Kapseln untersucht. Weitere
Charakterisierungsmethoden wie TEM und Zeta-Potential wurden ebenso
angewandt.
Die Gold-Nanopartikel wurden mittels des Layer-by-Layer-Verfahrens mit
verschiedenen Polyelektrolythüllen beschichtet. Jede Schicht trug 0,5 bis 2 nm
Dicke zur Hülle bei, abhängig von den äußeren Bedingungen der Synthese. Indem
verschiedene Anzahlen von Polyelektrolytschichten adsorbiert wurden, wurden
Hüllen verschiedener Dicke hergestellt. Abhängig von der äußeren Schicht wurden
sowohl positive als auch negative Nanopartikel hergestellt. Damit konnte die
elektrostatische Bindung von unterschiedlich geladenen Nanopartikeln untersucht
werden. Unter Verwendung von stark verdünnten Lösungen von positiven und
negativen Partikeln wurden hauptsächlich Dimere aus positiven und negativen
Partikeln gebildet.
Ergänzend zu diesen zwei Hauptaspekten der Arbeit können die verschiedenen
Charakterisierungsmethoden, die bei beiden Sorten Partikeln (Kalziumkarbonatund
Goldpartikel) zur Anwendung kamen, weitere Informationen über derartige
Layer-by-Layer-Synthesen liefern.