TY - THES A1 - Bleek, Katrin T1 - Phosphonathaltige (Co)Polymere und ihr Einfluss auf die Mineralisation von Calciumphosphat T1 - Phosphonate containing (co)polymers and their influence on the mineralisation of calcium phosphate N2 - In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Polymere hergestellt, die bestimmte funktionelle Gruppen beinhalten. Diese Gruppen werden zum Teil durch Alkylketten geschützt, zum Teil liegen sie ungeschützt im Polymer vor. Mit diesen Polymeren wurden Untersuchungen mit knochenähnlichen Materialien sogenanntem Calciumphosphat durchgeführt. Es wurde der Einfluss der verschiedenen Polymere auf die Bildung dieser knochenähnlichen Substanzen untersucht und auch der Einfluss auf die Stabilität und das Auflösungsverhalten der Calciumphosphate. Dabei sollte ein besonderes Augenmerk auf die funktionellen Gruppen, sogenannte Phosphonsäuren und deren Ester, die die Phosphonsäuren schützen, gesetzt werden. Es stellte sich heraus, dass bei der Bildung der knochenähnlichen Materialien die Polymere mit Estergruppen eine leichte Förderung der Calciumphosphat-Bildung verursachen, während die ungeschützten Polymere die Bildung des „Knochenmaterials“ sehr stark verzögern. Dieser Effekt verstärkt sich noch, wenn eine weitere bestimmte Komponente zum Polymer hinzukommt und somit ein Copolymer gebildet wird. Diese Copolymere beschleunigen bzw. verlangsamen die Calciumphosphatbildung noch stärker. Werden Polymere mit einem anderen Polymergerüst aber den gleichen Phosphonsäuresetern in den Seitenketten verwendet, ändert sich der Einfluss der Calciumphosphat-Bildung wenig. Verglichen mit Polymeren ohne solche Phosphonsäuregruppen wird erkennbar, dass es weniger die Phosphonsäuregruppe ist, die die Mineralisation beeinflusst, sondern es eher eine Folge der Säure im Polymer ist. Wird die Stabilisierung und Auflösung der Knochenähnlichen Substanzen betrachtet, fällt auf, dass auch hier wieder die Säuren den größten Effekt ausüben. Die Phosphonsäuregruppen scheinen dabei jedoch tatsächlich einen besonderen Effekt auszuüben, da bei diesen die Stabilisierung und auch das Auflösungsvermögen von Calciumphospaht von allen untersuchten Polymeren am größten sind. In der Arbeit konnte außerdem gezeigt werden, dass die Polymere und Copolymere mit Phosphonsäuregruppen einen leicht positiven Effekt auf die Zahngesundheit zeigen. Die Zahl von Bakterien auf der Zahnoberfläche konnte reduziert werden und bei der Untersuchung der Zahnauflösung wurde eine glattere Zahnoberfläche erhalten, jedoch wurde auch mit den untersuchten Polymeren der Zahn im Inneren angegriffen. Weitere Untersuchungen können hier noch genaueren Aufschluss geben. Außerdem sollten auch die Polymere mit dem unterschiedlichen Polymergerüst und Phosphonsäureestergruppen untersucht werden. Letztere Polymere wurden verwendet, um festere “gelartige“ Polymernetzwerke herzustellen und deren Einfluss auf die Calciumphosphatmineralisation zu untersuchen. Es stellte sich heraus, dass ohne das Einbetten einiger Calciumphosphatteilchen keine Bildung von Calciumphospaht an den Materialien ausgelöst wurde, wurden die sogenannten Hydrogele jedoch mit Calciumphosphatpartikeln geimpft, konnte deutliches weiteres Calciumphosphatwachstum beobachtet werden. Das Material lässt sich auch in verschiedene Formen bringen. Somit könnte das System nach weiteren Untersuchungen zur Verträglichkeit mit Zellen oder Geweben ein mögliches Material für Implantate darstellen, mit denen gezielt Knochenwachstum eingeleitet werden könnte. N2 - In the present work, various polymers containing certain functional groups have been prepared. Some of these groups are protected by alkyl chains, some of which are unprotected in the polymer. With these polymers, investigations were carried out with bone-like materials called calcium phosphate. The influence of the different polymers on the formation of these bone-like substances was investigated and also the influence on the stability and the dissolution behavior of the calcium phosphates. Particular attention should be paid to the functional groups, so-called phosphonic acids and their esters, which protect the phosphonic acids. It has been found that in the formation of the bone-like materials, the polymers with ester groups cause easy promotion of calcium phosphate formation, while the unprotected polymers greatly retard formation of the "bone material". This effect is further enhanced when a further specific component is added to the polymer and thus a copolymer is formed. These copolymers accelerate or slow calcium phosphate formation even more. If polymers with a different polymer backbone but the same phosphonic acid in the side chains used, the influence of calcium phosphate formation changes little. Compared with polymers without such phosphonic acid groups, it will be appreciated that it is less the phosphonic acid group that affects mineralization, but rather is a consequence of the acid in the polymer. If the stabilization and dissolution of the bone-like substances is considered, it is noticeable that here too the acids exert the greatest effect. The phosphonic acid groups, however, actually seem to exert a special effect, since in these the stabilization and also the dissolving power of calcium phosphate are the greatest of all the polymers investigated. The work also showed that the polymers and copolymers with phosphonic acid groups have a slightly positive effect on dental health. The number of bacteria on the surface of the tooth could be reduced, and in the study of tooth dissolution, a smoother tooth surface was obtained, but also with the investigated polymers the tooth was attacked inside. Further investigations can provide even more detailed information here. In addition, the polymers with the different polymer backbone and phosphonic ester groups should also be investigated. The latter polymers were used to make firmer "gel-like" polymer networks and study their influence on calcium phosphate mineralization. It was found that without the incorporation of some calcium phosphate particles no formation of calcium phosphate on the materials was initiated, however, the so-called hydrogels were inoculated with calcium phosphate particles, and significant further calcium phosphate growth could be observed. The material can also be put into different shapes. Thus, after further studies on compatibility with cells or tissues, the system could be a potential material for implants to target bone growth. KW - Calciumphosphat KW - Calcium phosphate KW - polymervermittelte Biomineralisation KW - polymer induced Biomineralization KW - phosphonathaltige Polymere KW - phosphonate containing polymers KW - Calcium Bindungsstelle KW - Calcium binding site Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-406630 ER - TY - JOUR A1 - Shkilnyy, Andriy A1 - Schöne, Stefanie A1 - Rumplasch, Claudia A1 - Uhlmann, Annett A1 - Hedderich, Annett A1 - Günter, Christina A1 - Taubert, Andreas T1 - Calcium phosphate mineralization with linear poly(ethylene imine) a time-resolved study JF - Colloid and polymer science : official journal of the Kolloid-Gesellschaft N2 - We have earlier shown that linear poly(ethylene imine) (LPEI) is an efficient growth modifier for calcium phosphate mineralization from aqueous solution (Shkilnyy et al., Langmuir, 2008, 24 (5), 2102). The current study addresses the growth process and the reason why LPEI is such an effective additive. To that end, the solution pH and the calcium and phosphate concentrations were monitored vs. reaction time using potentiometric, complexometric, and photometric methods. The phase transformations in the precipitates and particle morphogenesis were analyzed by X-ray diffraction and transmission electron microscopy, respectively. All measurements reveal steep decreases of the pH, calcium, and phosphate concentrations along with a rapid precipitation of brushite nanoparticles early on in the reaction. Brushite transforms into hydroxyapatite (HAP) within the first 2 h, which is much faster than what is reported, for example, for calcium phosphate precipitated with poly(acrylic acid). We propose that poly(ethylene imine) acts as a proton acceptor (weak buffer), which accelerates the transformation from brushite to HAP by taking up the protons that are released from the calcium phosphate precipitate during the phase transformation. KW - Calcium phosphate KW - Polyethylene imine KW - Mineralization KW - Kinetics Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1007/s00396-011-2403-2 SN - 0303-402X VL - 289 IS - 8 SP - 881 EP - 888 PB - Springer CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Bleek, Katrin A1 - Taubert, Andreas T1 - New developments in polymer-controlled, bioinspired calcium phosphate mineralization from aqueous solution JF - Acta biomaterialia N2 - The polymer-controlled and bioinspired precipitation of inorganic minerals from aqueous solution at near-ambient or physiological conditions avoiding high temperatures or organic solvents is a key research area in materials science. Polymer-controlled mineralization has been studied as a model for biomineralization and for the synthesis of (bioinspired and biocompatible) hybrid materials for a virtually unlimited number of applications. Calcium phosphate mineralization is of particular interest for bone and dental repair. Numerous studies have therefore addressed the mineralization of calcium phosphate using a wide variety of low- and high-molecular-weight additives. In spite of the growing interest and increasing number of experimental and theoretical data, the mechanisms of polymer-controlled calcium phosphate mineralization are not entirely clear to date, although the field has made significant progress in the last years. A set of elegant experiments and calculations has shed light on some details of mineral formation, but it is currently not possible to preprogram a mineralization reaction to yield a desired product for a specific application. The current article therefore summarizes and discusses the influence of (macro)molecular entities such as polymers, peptides, proteins and gels on biomimetic calcium phosphate mineralization from aqueous solution. It focuses on strategies to tune the kinetics, morphologies, final dimensions and crystal phases of calcium phosphate, as well as on mechanistic considerations. KW - Calcium phosphate KW - Biomimetics KW - Mineralization KW - Polymers KW - Bioinspired Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.12.027 SN - 1742-7061 SN - 1878-7568 VL - 9 IS - 5 SP - 6283 EP - 6321 PB - Elsevier CY - Oxford ER -