Syntheses and Self-Assembling Characteristics of Amphiphilic Star Diblock Copolymers

Uusien polymeeripohjaisten teknologioiden ja materiaalien myötä räätälöityjen polymeerien tarve on kasvanut. Viime vuosituhannen lopussa kehitetyt kontrolloidut polymerointimenetelmät ovat avanneet uusia mahdollisuuksia paitsi monimutkaisten polymeerien synteesiin, myös itsejärjestyvyyteen perustuvien funktionaalisten nanorakenteiden suunnitteluun ja valmistukseen. Nämä voivat jäljitellä luonnossa esiintyviä rakenteita, joita muodostavat esimerkiksi lipidit ja proteiinit. Itsejärjestyvät molekyylit ovat usein amfifiilisiä eli ne koostuvat hydrofiilisistä ja hydrofobisista osista ja polymeereissä nämä osat voivat olla omina lohkoinaan, jolloin puhutaan amfifiilisistä lohko- tai blokkikopolymeereistä. Riippuen järjestyneiden rakenteiden koostumuksesta ja muodosta, amfifiilisiä blokkikopolymeerejä on tutkittu tai jo käytetty nanoteknologiassa, elastomeereissä, voiteluaineissa, pinta-aktiivisina aineina, lääkkeenannostelussa, maaleissa, sekä elektroniikka-, kosmetiikka- ja elintarviketeollisuudessa. Tavallisimmin käytetyt amfifiiliset blokkikopolymeerit ovat olleet lineaarisia, mutta viime aikoina tutkimus on suuntautunut kohti monimutkaisempia rakenteita. Tällaisia ovat esimerkiksi tähtipolymeerit. Tähtimäisissä polymeereissä miselleille tyypillinen ydin-kuori-rakenne säilyy hyvin alhaisissakin polymeerikonsentraatioissa, koska polymeeriketjut ovat kiinni toisissaan yhdessä pisteessä. Siten ne ovat erityisen kiinnostavia tutkimuskohteita erilaisten hydrofobisten orgaanisten yhdisteiden sitomiseksi ja vapauttamiseksi. Tässä työssä on tarkasteltu amfifiilisten tähtipolymeerien itsejärjestymistä vesiliuoksissa sekä kokeellisesti ja tietokonesimulaatioin. Työ koostuu kahdesta osasta: tähtipolymeerien synteesistä makrosyklisillä initiaattoreilla ja amfifiilisten tähtimäisten blokkikopolymeerien ominaisuuksien tutkimisesta.

Stabilization of Phospholipid Coatings in Capillary Electrophoresis

The development of a simple method of coating a semi-permanent phospholipid layer onto a capillary for electrochromatography use was the focus of this study. The work involved finding good coating conditions, stabilizing the phospholipid coating, and examining the effect of adding divalent cations, cetyltrimethylammonium bromide, and polyethylene glycol (PEG)-lipids on the stability of the coating. Since a further purpose was to move toward more biological membrane coatings, the capillaries were also coated with cholesterol-containing liposomes and liposomes of red blood cell ghost lipids. Liposomes were prepared by extrusion, and large unilamellar vesicles with a diameter of about 100 nm were obtained. Zwitterionic phosphatidylcholine (PC) was used as a basic component, mainly 1-palmitoyl-2-oleyl-sn-glycero-3-phosphocholine (POPC) but also eggPC and 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC). Different amounts of sphingomyelin, bovine brain phosphatidylserine, and cholesterol were added to the PC. The stability of the coating in 40 mM N-(2-hydroxyethyl)piperazine-N’-(2-ethanesulfonic acid) (HEPES) solution at pH 7.4 was studied by measuring the electroosmotic flow and by separating neutral steroids, basic proteins, and low-molar-mass drugs. The presence of PC in the coating solution was found to be essential to achieving a coating. The stability of the coating was improved by the addition of negative phosphatidylserine, cholesterol, divalent cations, or PEGylated lipids, and by working in the gel-state region of the phospholipid. Study of the effect on the PC coating of divalent metal ions calcium, magnesium, and zinc showed a molar ratio of 1:3 PC/Ca2+ or PC/Mg2+ to give increased rigidity to the membrane and the best coating stability. The PEGylated lipids used in the study were sterically stabilized commercial lipids with covalently attached PEG chains. The vesicle size generally decreased when PEGylated lipids of higher molar mass were present in the vesicle. The predominance of discoidal micelles over liposomes increased PEG chain length and the average size of the vesicles thus decreased. In the capillary electrophoresis (CE) measurements a highly stable electroosmotic flow was achieved with 20% PEGylated lipid in the POPC coating dispersion, the best results being obtained for disteroyl PEG (3000) conjugates. The results suggest that smaller particles (discoidal micelles) result in tighter packing and better shielding of silanol groups on the silica wall. The effect of temperature on the coating stability was investigated by using DPPC liposomes at temperatures above (45 C) and below (25 C) the main phase transition temperature. Better results were obtained with DPPC in the more rigid gel state than in the fluid state: the electroosmotic flow was heavily suppressed and the PC coating was stabilized. Also dispersions of DPPC with 0−30 mol% of cholesterol and sphingomyelin in different ratios, which more closely resemble natural membranes, resulted in stable coatings. Finally, the CE measurements revealed that a stable coating is formed when capillaries are coated with liposomes of red blood cell ghost lipids.