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Polymerunterstützte Calciumphosphatmineralisation

Polymer supported calcium phosphate mineralization

  • Im Verlauf dieser Arbeit sind Blockcopolymere verschiedener Ladung auf Basis von PEO mit hohen Molekulargewichten durch lebendende freie radikalische Polymerisation hergestellt worden. Die Polymere sind einfach im Grammmaßstab herstellbar. Sie zeigen sowohl einen großen Einfluss auf die Nukleation als auch auf die Auflösung von Calciumphosphat. Gleichwohl scheint das Vorhandensein von positiven Gruppen (Kationen, Ampholyten und Betainen) keinen dramatischen Einfluss auf die Nukleation zu haben. So verursachen Polymere mit positiven Ladungen die gleiche Retentionwirkung wie solche, die ausschließlich anionische Gruppen enthalten. Aus der Verwendung der kationischen, ampholytischen und betainischen Copolymere resultiert allerdings eine andersartige Morphologie der Niederschläge, als aus der Verwendung der Anionischen hervorgeht. Bei der Stabilisierung einer HAP-Oberfläche setzt sich dieser Trend fort, das heißt, rein anionische Copolymere wirken stärker stabilisierend als solche, die positive Ladungen enthalten. Durch Inkubation vonIm Verlauf dieser Arbeit sind Blockcopolymere verschiedener Ladung auf Basis von PEO mit hohen Molekulargewichten durch lebendende freie radikalische Polymerisation hergestellt worden. Die Polymere sind einfach im Grammmaßstab herstellbar. Sie zeigen sowohl einen großen Einfluss auf die Nukleation als auch auf die Auflösung von Calciumphosphat. Gleichwohl scheint das Vorhandensein von positiven Gruppen (Kationen, Ampholyten und Betainen) keinen dramatischen Einfluss auf die Nukleation zu haben. So verursachen Polymere mit positiven Ladungen die gleiche Retentionwirkung wie solche, die ausschließlich anionische Gruppen enthalten. Aus der Verwendung der kationischen, ampholytischen und betainischen Copolymere resultiert allerdings eine andersartige Morphologie der Niederschläge, als aus der Verwendung der Anionischen hervorgeht. Bei der Stabilisierung einer HAP-Oberfläche setzt sich dieser Trend fort, das heißt, rein anionische Copolymere wirken stärker stabilisierend als solche, die positive Ladungen enthalten. Durch Inkubation von menschlichem Zahnschmelz mit anionischen Copolymeren konnte gezeigt werden, dass die Biofilmbildung verglichen mit einer unbehandelten Zahnoberfläche eingeschränkt abläuft. All dies macht die Polymere zu interessanten Additiven für Zahnpflegeprodukte. Zusätzlich konnten auf Basis dieser rein anionischen Copolymere Polymerbürsten, ebenfalls über lebendende freie radikalische Polymerisation, hergestellt werden. Diese zeichnen sich durch einen großen Einfluss auf die Kristallphase aus und bilden mit dem CHAP des AB-Types das Material, welches auch in Knochen und Zähnen vorkommt. Erste Cytotoxizitätstests lassen auf das große Potential dieser Polymerbürsten für Beschichtungen in der Medizintechnik schließen.show moreshow less
  • The thesis at hand describes the preparation of block-copolymers composed of uncharged polyethyleneoxides and differently charged methacrylate-based blocks. Synthesized via living free-radical polymerization the charged blocks were prepared by using of the following monomers: I) for anionic blocks 3-Sulfopropyl methacrylate potassium salt (SPM); II) for cationic blocks 2-(trimethyl ammonium) ethyl methacrylate chloride (TMAEMA) or2-(N-3-Cyanopropyl-N,N-dimethyl ammonium chloride) ethyl methacrylate (CPDMAEMA); III) for betainic blocks [2-(methacryloyloxy) ethyl] dimethyl-(3-sulfopropyl) ammonium hydroxide (MEDSAH) and IV) for ampholytic blocks the anionic SPM and one of the two cationic monomers TMAEMA or CPDMAEMA were used in equal parts. The polymers were accessible in a multigram scale. The resulting block-copolymers show a strong effect on both the dissolution and the nucleation of calcium phosphate. The presence of positively charged moieties in case of applying polycations, polyampholytes and polybetaines does not seem toThe thesis at hand describes the preparation of block-copolymers composed of uncharged polyethyleneoxides and differently charged methacrylate-based blocks. Synthesized via living free-radical polymerization the charged blocks were prepared by using of the following monomers: I) for anionic blocks 3-Sulfopropyl methacrylate potassium salt (SPM); II) for cationic blocks 2-(trimethyl ammonium) ethyl methacrylate chloride (TMAEMA) or2-(N-3-Cyanopropyl-N,N-dimethyl ammonium chloride) ethyl methacrylate (CPDMAEMA); III) for betainic blocks [2-(methacryloyloxy) ethyl] dimethyl-(3-sulfopropyl) ammonium hydroxide (MEDSAH) and IV) for ampholytic blocks the anionic SPM and one of the two cationic monomers TMAEMA or CPDMAEMA were used in equal parts. The polymers were accessible in a multigram scale. The resulting block-copolymers show a strong effect on both the dissolution and the nucleation of calcium phosphate. The presence of positively charged moieties in case of applying polycations, polyampholytes and polybetaines does not seem to influence the nucleation in a different manner than the negatively charged polyanions. Nontheless the application of cationic, betainic or ampholytic polymers leads to different morphology of the calcium phosphate precipitates compared to the anionic polymers. The presence of anions results in the formation of spherical well-separated particles whereas cations, ampholytes and betaines cause the composition of smaller particles. In contrast to this data obtained by energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray crystallography show that calcium deficient hydroxyapatite was formed in all cases. Therefore it can be concluded that the polymers' charge influences the morphology but not the crystal phase. This observation extends to the stabilization of the hydroxyapatite's (HAP) surface. A comparison of polymers containing cations and anionic polymers reveals a stronger stabilizing effect for anions. With the calcium phosphate's dissolution per monomer unit taken into consideration only the anionic charges lead to a stabilization of the HAP-surface at low polymer concentrations while in presence of positive charges a destabilization is observed. By incubating human enamel specimen with mixtures of anionic copolymers and natural human saliva a reduced biofilm formation could be detected when compared to polymer free saliva. Thus the polymers could be potentially used for dental care products. Additionally it was possible to synthesize polymer brushes based on the anionic copolymers' architecture. Again SPM was polymerized yet fastened on a silicon surface via living free-radical polymerization in a grafting-from mechanism. The brushes stand out due to a great influence on the crystal phase of calcium phosphate. They promote the formation of AB-type carbonate substituted hydroxyapatite (CHAP) a material in human bones and teeth that is formed increasingly with age. Initial cytotoxicity tests of both mineralized and unmineralized brushes indicate a high potential of the brushes for biomedical engineering.show moreshow less

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Metadaten
Author:Tobias Mai
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-89056
Advisor:Andreas Taubert
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2016
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2016/01/22
Release Date:2016/03/09
Tag:Calciumphosphat; Mineralisation; Polymerchemie
calcium phosphate; mineralization; polymer chemistry
RVK - Regensburg Classification:VK 5070, VK 8007
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Chemie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
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