Scaling properties, effective size and solution properties of dendrimers
Final Report Abstract
Dendrimere wurden als Modellsystem eingesetzt, um den Einfluss der Verzweigung auf Ausdehnung und Flexibilität von Polymeren zu untersuchen. Es wurden kommerzielle PAMAM Dendrimere und speziell synthetisierte Poly(etheramid) Dendrimere eingesetzt. Mit gepulster Feldgradienten NMR (pulsed field gradient (PFG) NMR) wurde die hydrodynamische Größe der Dendrimere in Lösung untersucht. Aus dem Diffusionskoeffizienten wird der hydrodynamische Radius berechnet. Der hydrodynamische Radius wurde als eine charakteristische Länge betrachtet und als Funktion der Molmasse, also Generation der Dendrimere ausgewertet. Auf Grundlage dieser Experimente wurden Skalengesetze für die Abhängigkeit des hydrodynamischen Radius von der Molmasse abgeleitet. Mit deren Hilfe wird die Packung bzw. die Raumnutzung beim fiktiven Wachstum der Moleküle beschrieben. Bei allen untersuchten Dendrimeren kamen AB2-Verzweigungen vor. Der Skalenexponent wurde durch die Funktionalität des Kerns bestimmt. Für einen tetrafunktionalen Kern wurde ein Skalenexponent von 3.7 gefunden, was signifikant größer ist als die Dimension des Einbettungsraumes. Daraus lässt sich ableiten, dass das Wachstum der Dendrimere begrenzt sein muss. Um den Einfluss der Kernfunktionalität auf die Skalenexponenten zu untersuchen, wurden Lysin-Dendrimere mit bi- und tetrafunktionalen Kernen synthetisiert. Während für Mono-Dendren ein Skalenexponent von 2.0 und für Dendrimere mit bifunktionalem Kern von 2.3, wurde für die Dendrimere mit tetrafunktionalen Kernen ein Skalenexponent von 3.9 gefunden. Damit wurde demonstriert, dass die Kernfunktionalität entscheidenden Einfluss auf den Skalenexponent hat. Aus der Konzentrationsabhängigkeit der Diffusionskoeffizienten wurde eine Aussage über die Flexibilität und Gestalt der Dendrimere abgeleitet. Alle untersuchten Dendrimere verhalten sich wie harte Kugeln. Mit Elektrophorese-NMR wird die effektive Ladung von Molekülen und Komplexen bestimmt, sie wurde hier erstmals auf Dendrimere angewandt. Die effektive Ladung der untersuchten PAMAM-Dendrimere beträgt nur maximal ein Drittel der nominellen Ladung, die Differenz wird mit kondensierten Gegenionen erklärt.
Publications
- Self-diffusion of low-generation PAMAM dendrimers with hydroxyl surface groups in solutions: a general regularity. Polymer 45, (2004), 165
Alexandr Sagidullin, Bernd Fritzinger, Ulrich Scheler, and Vladimir D. Skirda
- Core Functionality and Scaling Behaviour of Lysine Dendrimers. Macromolecular Rapid Communications, 26 (2005), 1647
Bernd Fritzinger, Dietmar Appelhans, Brigitte Voit, Ulrich Scheler
- Scaling Bohaviour of PAMAM Dendrimers Determined by Diffusion NMR. Macromolecular Chem. Phys. 206, (2005), 1288
Bernd Fritzinger, Ulrich Scheler
- Self-Diffusion and Nuclear Magnetic Relaxation of Dendritic Macromolecules in Solutions . Journal of Applied Magnetic Resonance, 25, (2003), 129
Alexandr Sagidullin, Vladimir D. Skirda, Aziz M. Muzafarov, Mikhail A. Krykin, Alexander N. Ozerin, Bernd Fritzinger, Ulrich Scheler
