Topologisch kontrollierte Interpolyelektrolytkomplexe aus kettensteifen Polyelektrolyten

Interpolyelektrolytkomplexe bilden sich spontan bei Mischung von Lösungen entgegengesetzt geladener Polyelektrolyte. Dabei sind die Haupttriebkräfte der Entropiegewinn durch die Freisetzung von niedermolekularen Gegenionen sowie die elektrostatischen Wechselwirkungen. In der letzten Zeit sind sie aufgrund ihrer zahlreichen biologischen und technischen Anwendungen in den Fokus des wissenschaftlichen Interesses gerückt. Vor allem die Anwendung von Komplexen aus DNA und kationischen Polyelektrolyten in der nonviralen Gentherapie wird vielfältig diskutiert. rnIn dieser Arbeit wird eine Polystyrolsulfonat-Bürste mit einer Pfropfdichte von 100 % mit einem kationischen Tensid komplexiert und der Komplex in verschiedenen organischen Lösungsmitteln charakterisiert. Dabei zeigt sich eine signifikante Abhängigkeit des Lösungsverhaltens von der Art und der Konzentration zugesetzter Salze. Dieser Polyelektrolyt-Tensid-Komplex wird anschließend als vereinfachtes Modellsystem für die Komplexierung von DNA verwendet. Als kationische Komponente dient zunächst ein kommerzielles PAMAM-Dendrimer der 5. Generation. Dabei steht die Erhaltung der zylindrischen Topologie der anionischen Polyelektrolytbürste in den gebildeten Komplexen im Vordergrund. Durch Variation des Lösungsmittels und des Protonierungsgleichgewichts werden die experimentellen Bedingungen eingegrenzt, bei denen eine solche topologische Kontrolle möglich ist. Es zeigt sich, dass durch die Verwendung von aprotischen organischen Lösungsmitteln gute Erfolge erzielt werden können. Des Weiteren wird das Komplexierungsverhalten stark durch den Zusatz einer Säure oder einer Base beeinflusst, sodass eine topologische Kontrolle mit einem großen Überschuss einer organischen Base auch in protischen Lösungsmitteln wie Wasser und Methanol möglich wird. Anschließend wird das gleiche Polyanion noch mit einer geschützten Polylysin-Bürste in DMF komplexiert, was zur Bildung von kinetisch kontrollierten Aggregaten führt. Die Bildung dieser Aggregate kann durch den Zusatz eines großen Überschusses an Base verhindert werden und es werden zylindrische Komplexe erhalten, die nur aus einer Polylysin-Bürste bestehen. rn

Interpolyelectrolyte complexes form spontaniously upon mixing of solutions of oppositely charged polyelectrolytes. The main driving forces are the gain of entropy because of the release of the small counterions as well as the electrostatic interactions. In the last time interpolyelectrolyte complexes have gained lots of scientifical interest because of their biological and mechanical applications. First of all complexes between DNA and cationic polyelectrolytes provide promising applications in the nonviral gene therapy.rnIn this thesis a polystyrenesulfonate brush with a grafting density of 100 % is complexed with cationic surfactant. This complex is characterized in different organic solvents. A significant dependence of the solubility properties on the type and the concentration of an added salt is found.rnThe polystyrenesulfonate brush surfactant complex is then used as a simplified model system for the complexation of DNA. A commercially available PAMAM dendrimer of the 5th generation is initially used as cationic component. The aim is the maintenance of the cylindrical topology of the anionic component within the complexes. The solvent and the protonation equilibrium are varied to find the experimental conditions under which a topological control is possible. The results indicate that topological control is possible in polar aprotic solvents. Furthermore the complexation behaviour is significantly influenced by the addition of an acid or a base. With a large excess of a base topological control is even possible in protic solvents as methanol or water.rnAfterwards the complexation of the same polyanion with a protected polylysin brush in DMF is described, which leads to the formation of kinetically controlled complexes. The formation of big aggregates can be prevented by the addition of a large excess of a base. The result is the formation of cylindrical complexes which consist of only one polylysin brush.rn