Komplexe aus entgegengesetzt geladenen Mikroemulsionen und Polyelektrolyten (PEMECs) - responsive Systeme mit kontrollierter Struktur und hoher Solubilisationskapazität

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Gradzielski
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562126140

Komplexe aus Polyelektrolyt und Tensid sind aufgrund ihrer hierarchischen Struktur interessante kolloidale Aggregate zum Wirkstofftransport. Allerdings scheitert diese Anwendung meist an der relativ geringen Solubilisationskapazität solcher Komplexe für hydrophobe Substanzen, die durch einfache Optimierung der Systeme nicht ausreichend erhöht werden kann. Eine logische Alternative ist es, hier von einer schon bezüglich Solubilisation optimierten Tensidformulierung auszugehen. Dies sind Mikroemulsionen und in diesem Projekt wollen wir ionische Öl-in-Wasser Mikroemulsionen mit entgegengesetzt geladenen Polyelektrolyten zu Polyelektrolyt-Mikroemulsion Komplexen (PEMECs) kombinieren, die sich aufgrund der stark attraktiven Wechselwirkungen bilden. Um auch bei Ladungsneutralität lösliche PEMECs zu erhalten, werden doppelthydrophile Copolymere mit einem neutralen Block (PEO) eingesetzt und um die Wechselwirkung mit den Mikroemulsionen variieren zu können wird der Polyelektrolytblock hydrophob modifiziert, wobei der Prozentsatz der Modifikation sowie die Kettenlänge der Modifikation (von Butyl bis Hexadecyl) variiert werden. Im Rahmen dieses Projektes werden zunächst entsprechende biokompatible Mikroemulsionen formuliert und die erforderlichen hydrophob modifizierenten doppelthydrophilen Blockcopolymere (DHBC) synthetisiert. Anschließend werden die sich hieraus ergebenden PEMECs bezüglich Phasenverhalten und Thermodynamik der Komplexbildung als Funktion des Mischungsverhältnisses, der Architektur des Polyelektrolyten und von Größe und Ladung der Mikroemulsionströpfchen untersucht. Parallel dazu wird die Struktur der PEMECs mit Hilfe von Lichtstreuung sowie Neutronen- und Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS, SANS) charakterisiert, wobei insbesondere SANS mit der Möglichkeit der Kontrastvariation sehr interessante Ergebnisse liefern sollte. Ergänzende cryo-TEM Untersuchungen der PEMECs werden dann das strukturelle und detaillierte Bild der Komplexe abrunden. Dabei wird auch die Abhängigkeit der PEMEC Struktur von pH und Ionenstärke betrachtet, da diese primär aus schwachen Basen oder Säuren aufgebaut sind und entsprechend responsiv sein sollten. Hier wird auch die Kinetik der auftretenden Änderungen untersucht, speziell bezüglich des Einflusses der eingebrachten hydrophoben Wechselwirkungen. Schließlich wird auch die Beladung der PEMECs mit unterschiedlichen Wirkstoffen untersucht sowie deren Freisetzung in wässrigem Medium. Insgesamt werden damit PEMECs als mögliche Träger für Wirkstoffe umfassend untersucht. Aufgrund der Wohldefiniertheit der Mikroemulsionströpfchen sind dies grundlegende Untersuchungen mit Modellcharakter, die erlauben zu verstehen, wie man über die Architektur der DHBC die Eigenschaften von PEMECs kontrollieren kann. Auf der anderen Seite besitzen solche biokompatiblen PEMECs hohes Potential für mögliche Anwendungen im Bereich von Pharmazie und Personal Care und könnten hier neue Konzepte einbringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen