Homogeneous synthesis and nano-structuring of novel zwitterionic polysaccharid carbamates
Final Report Abstract
Cellulosephenylcarbonate mit geringen bis hohen durchschnittlichen Substitutionsgraden (bis DS 3) wurden unter Verwendung von Kohlensäureesterchloriden in DMA/LiCl oder BMIMCl/Pyridin synthetisiert. Es zeigte sich, dass aufgrund des inerten Verhaltens von Kohlensäurephenylesterchlorid in der ionischen Flüssigkeit BMIMCl mit Pyridin, die Umsetzung sehr effizient verläuft. Allerdings können die Reaktionen in DMA/LiCl unter Kühlung durchgeführt werden und es findet eine Veresterung bevorzugt an Position 6 statt. Durch die Aminolyse von Cellulosecarbonaten mit primären Aminen werden funktionelle Cellulosecarbamate zugänglich. Cellulosecarbamate, die terminale Aminogruppen aufweisen, wurden hinsichtlich ihrer filmbildenden Eigenschaften und der Zugänglichkeit der Aminogruppen auf der Polymerschicht untersucht. QCM-D-Experimente zeigen eine Filmbildung auf einer Goldoberfläche in Gegenwart von Phosphationen (multivalenten Ionen). Bei einem pH-Wert von 7 treten Multischichten und Aggregate auf der Oberfläche auf, jedoch wird bei pH 10 ein unelastischer und dünner Film ausgebildet, der sich für die Immobilisierung von Biomolekülen eignet. Es zeigte sich, dass die Schichten dieser Cellulosederivate durch ihre proteinartige Umgebung die Antikörperaktivität erhalten. Aufbauend auf diesen Beschichtungen wurde ein schneller Flow Through Immunoassay zur CRP-Bestimmung entwickelt. Dieser Assay ist sehr empfindlich und weist eine Nachweisgrenze von 5 ng CRP/mL und einen Erfassungsbereich von 5 bis 250 ng CRP/mL auf. Gut lösliche, zwitterionische Polymere konnten durch Aminolyse von Cellulosephenylcarbonat mit zwei Aminen orthogonaler Funktionalitäten erhalten werden. Entsprechend des Syntheseweges konnten cellulosebasierte Zwitterionen sowohl mit statistischer als auch mit regioselektiver Ladungsverteilung erhalten werden. Das ausgeglichene Verhältnis zwischen basischen und sauren Gruppen wurde durch potentiometrische Titration bestätigt. Das Polyzwitterion mit regioselektiver Ladungsverteilung wurde auf verschiedene Supportmaterialien durch Spincoating aufgebracht. Confocal laser scanning microscopy zeigte nach einer Lebend- /Todfärbung das die Schichten eine antimikrobielle Aktivität gegenüber E. Coli aufweisen. Cellulosebasierte Zwitterionen sind vielversprechende Verbindungen aufgrund ihres pH-getriggerten Komplexierungsverhaltens und sie können für die Anwendungsfelder Carriersysteme, Proteinseparation oder antibioadhärente Beschichtungen maßgeschneidert werden.
Publications
- (2014) “A promising cellulose-based polyzwitterion with pH- sensitive charges" Beilstein Journal of Organic Chemistry, 10, 1549-1556
T. Elschner, T. Heinze
(See online at https://doi.org/10.3762/bjoc.10.159) - (2014) “Rapid flow through immunoassay for CRP determination based on polyethylene filters modified with ω-aminocellulose carbamate" Macromolecular Bioscience, 14, 1539-1546
T. Elschner, F. Scholz, P. Miethe, T. Heinze
(See online at https://doi.org/10.1002/mabi.201400179) - (2014) “Synthesis of cellulose tricarbonates in 1- butyl-3-methylimidazolium chloride/pyridine" Macromolecular Bioscience, 14(2), 161-165
T. Elschner, M. Kötteritzsch, T. Heinze
(See online at https://doi.org/10.1002/mabi.201300345) - (2015) “Cellulose carbonates: A platform for promising biopolymer derivatives with multifunctional capabilities" Macromolecular Bioscience, 15, 735-746
T. Elschner, T. Heinze
(See online at https://doi.org/10.1002/mabi.201400521) - (2015) “Film formation of ω-aminoalkylcellulose carbamates-a quartz crystal microbalance (QCM) study" Carbohydrate Polymers, 116, 111-116
T. Elschner, A. Doliška, M. Bračič, K. Stana-Kleinschek, T. Heinze
(See online at https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.04.101) - Macromolecular Bioscience 16 (2016) 451-461
K. Ganske, C. Wiegand, U.-C. Hipler, T. Heinze
(See online at https://doi.org/10.1002/mabi.201500324)
