Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

Universiẗat, Diss., 2001--Freiburg (Breisgau).

München, Techn. Univ., Diss., 2009.

In der vorliegenden Arbeit wird die kationische Polymerisation neuer Furanmonomere beschrieben, die zu anorganisch-organischen Nanokompositen führt. Die kationische Polymerisation des Tetrafurfuryloxysilans steht dabei im Vordergrund. Ausgehend von den synthetisierten Kompositen wird die Herstellung von anorganischen Oxiden durch thermische Oxidation und von Kohlenstoffmaterialien durch thermische Behandlung in Schutzgasatmosphäre beschrieben. Die Charakterisierung der Komposite, Oxide und Kohlenstoffmaterialien erfolgt mittels Festkörper-NMR-Spektroskopie, Röntgenbeugung und Elektronenmikroskopie. Das Prinzip der neu entdeckten Zwillingspolymerisation wird vorgestellt und anhand verschiedener Beispiele auf seine weitere Anwendbarkeit zur Synthese anorganisch-organischer Kompositmaterialien überprüft.

Mit der vorliegenden Arbeit sollten mit Hilfe elektronenmikroskopischer Methoden verschiedene Liposomen-DNA-Komplexe zum Gentransfer charakterisiert sowie die Aufnahme und Verteilung in der Zellkultur untersucht werden. Dabei waren vor allem solche Präparationen von besonderem Interesse, die in unserer Arbeitsgruppe 'Drug Targeting' getestet oder entwickelt und verwendet wurden, wie Sendai-Virus Liposomen (HVJ-Liposomen), Virosomen sowie DAC-Chol und DOCSPER-Liposomen als Vertreter der kationischen Lipide.<br /> <br /> Im ersten Teil der Arbeit wurden fusogene Liposomen und Virosomen charakterisiert. Bei diesen Untersuchungen wurden folgende Ergebnisse erzielt:<br /> ·Sendai-Viren fusionieren mit Liposomen unterschiedlicher Lipidzusammensetzung. <br /> ·Die daraus resultierenden HVJ-Liposomen sind mit elektronenmikroskopischen Methoden identifizierbar.<br /> ·Die Spikes auf den HVJ-Liposomen besitzen fusogene Eigenschaften. <br /> ·HVJ-Liposomen eignen sich auf Grund der geringen Ausbeute sowie der geringen Transfektionseffizienz nicht zum in vitro Gentransfer.<br /> ·Virosomen stellen einen weiteren Typ fusogener Gentransfervesikel dar.<br /> ·Ihre Größe und fusogenen Eigenschaften sind abhängig von der externen Zugabe einer optimierten Lipidmischung.<br /> ·Im Innenraum der Virosomen kann mit Poly-L-Lysin vorkomplexierte DNA verkapselt werden.<br /> ·Die fusogenen Eigenschaften der Virosomen wurden mit Hilfe immunelektronenmikroskopischer Techniken und monoklonaler Antikörper gegen Hämagglutinin/Neuraminidase und das Fusionsprotein sowie mit polyklonalen Antiseren gezeigt.<br /> ·An Hand goldmarkierter DNA sind Virosomen nach der Transfektion in der Zelle nachweisbar.<br /> <br /> Da in unserer Arbeitsgruppe bevorzugt kationische Liposomen zum Gentransfer verwendet werden, wurde auch die Struktur der Liposomen untersucht und folgende Ergebnisse dokumentiert:<br /> ·Die Struktur und die Größe kationischer Liposomen werden hauptsächlich durch die Lipidzusammensetzung bestimmt. <br /> ·Die Bildung von Liposomen-DNA-Komplexen ist mit einer Größenzunahme der Komplexe gekoppelt.<br /> ·Die Anzahl gebundener Plasmide steigt mit der Größe der Lipoplexe. <br /> ·Gentransferaktive Lipopolyplexe (mit Protaminsulfat komplexierte DNA und DAC-Chol- Liposomen) sind kleiner als Lipoplexe. Ihre Struktur wird von der Zusammensetzung bestimmt. <br /> <br /> Eine weitere wichtige Frage betrifft den Weg der Gencarrier in der Zelle. Kenntnisse über diese Vorgänge sind vorteilhaft, um die einzelnen Schritte zu verstehen und möglichst gezielt zu verbessern.<br /> Bei der Untersuchung der Partikel im Hinblick auf zelluläre Barrieren beim Gentransfer konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: <br /> ·Die Bindung der Partikel an die Zellmembran und Aufnahme sind abhängig von den eingesetzten Zellen und Komplexen sowie derInkubationszeit.<br /> ·Die Aufnahme erfolgt über endozytotische Mechanismen, wobei Lipopolyplexe schneller als Lipoplexe in die Zellen gelangen. Nicht alle gebundenen Komplexe werden aufgenommen.<br /> ·Die aufgenommenen Partikel befinden sich in Endosomen und werden ins Innere der Zelle transportiert. <br /> ·Freisetzung der DNA und Eintritt in den Zellkern über Kernporen konnte nicht beobachtet werden.<br /> ·DNA-haltige Vesikel in Kernnähe deuten auf einen weiteren Mechanismus hin (Vesikeltransfer zum Zellkern). / The aim of this work is the characterisation of several liposome DNA complexes for in vitro gene transfer and uptake as well as their distribution in cultured cell lines using electron microscopy. The particles used were fusogenic liposomes made from Sendai virus, virosomes and cationic liposomes. <br /> At first fusogenic liposomes and virosomes were characterised. The results obtained are summarised below:<br /> ·Sendai virus can fuse with liposomes made from different lipid composition.<br /> ·HVJ-liposomes are detectable using electron microscopy techniques. <br /> ·The spikes from HVJ-liposomes have fusogenic properties.<br /> ·HVJ-liposomes are not suitable for in vitro gene transfer due to the low amount of fusogenic liposomes leading to low transfection efficiency.<br /> ·Virosomes, reconstituted virus envelopes, are another type of fusogenic vesicles.<br /> ·Size and morphology of virosomes depends on the addition of an optimised lipid mixture. <br /> ·PLL treated DNA is entrapped into virosomes.<br /> ·Monoclonal and polyclonal antibodies and protein A gold technique can be used for the detection of viral glycoproteins on virosomes. ·Gold labelled DNA was used to show the distribution in cultured cells.<br /> <br /> In order to characterise the structure of cationic liposomes following results were obtained:<br /> ·Size and structure depends on the lipid composition.<br /> ·The formation of liposomes leads to an increase of the size.<br /> ·Larger lipoplexes contain more DNA.<br /> ·Lipopolyplexes composed of DNA complexed with protamine sulphate and DAC- Chol liposomes are smaller than lipoplexes. Their structure depends on the composition.<br /> <br /> To improve transfection ability examination of the cellular barriers is useful.<br /> With regard to the fate of lipoplexes following results were obtained.<br /> ·Binding depends on the cell line, kind of particles and incubation time.<br /> ·Uptake occurs through endocytosis. Lipopolyplexes enter the cells faster than larger lipoplexes.<br /> ·Lipoplexes are enclosed in endosomes and were carried into the centre of the cell.<br /> ·Escape of DNA from endosomes and entry into nucleus were not visible.<br /> ·Vesicles with DNA were observed near the nucleus. There is an opportunity for another pathway to the nucleus.

Die Synthese von neuartigen organisch-anorganischen Polymer-Zeolith-Hybriden wird in der vorliegenden Arbeit vorgestellt. Die Hybride wurden durch kationische Polymerisation elek-tronenreicher Monomere direkt in den Poren der Zeolithe und zeolithanalogen Materialien hergestellt. Die Vinylether Ethyl-, Isobutyl-, Cyclohexyl- und 2-Chlor-ethylvinylether, 2,3-Dihydrofuran, 2-Methoxypropen sowie N-Vinylcarbazol wurden zur Herstellung der orga-nischen Komponente der Hybride genutzt. Die Polymerisation wurde dabei einerseits durch die Protonen der Zeolithgitter und andererseits durch separate Oberflächeninitiatoren gestar-tet. Die anorganische Basis der Hybride bildeten vorrangig mikroporöser HY-Zeolith und mesoporöses MCM-41. Bei der Synthese entstand neben dem eingeschlossenen Polymer im Zeolith eine vom Hybrid extrahier-bare Polymerfraktion. Beide Fraktionen wurden mittels GPC und einer speziellen Kopplung von GPC und UV/Vis-Spektrometer analysiert. DSC und dielektrische Spektro-skopie wurden zur Glasübergangstemperaturbestimmung herangezogen. Die Strukturuntersuchung der neuartigen Hybridmaterialien erfolgte mit Festkörper-NMR-Spektroskopie, Röntgendiffraktometrie XRD, Transmissionselektronenmikroskopie TEM, Sekun-därelektro-nenmikroskopie SEM, Elektronenstrahlmikroanalyse ESMA, UV/Vis-Spektroskopie und Infrarotspektroskopie FT-IR. Die Porentopologie wurde mit Stick-stoff-sorp-tionsmessungen bestimmt.

Die Synthese von neuartigen organisch-anorganischen Polymer-Zeolith-Hybriden wird in der vorliegenden Arbeit vorgestellt. Die Hybride wurden durch kationische Polymerisation elek-tronenreicher Monomere direkt in den Poren der Zeolithe und zeolithanalogen Materialien hergestellt. Die Vinylether Ethyl-, Isobutyl-, Cyclohexyl- und 2-Chlor-ethylvinylether, 2,3-Dihydrofuran, 2-Methoxypropen sowie N-Vinylcarbazol wurden zur Herstellung der orga-nischen Komponente der Hybride genutzt. Die Polymerisation wurde dabei einerseits durch die Protonen der Zeolithgitter und andererseits durch separate Oberflächeninitiatoren gestar-tet. Die anorganische Basis der Hybride bildeten vorrangig mikroporöser HY-Zeolith und mesoporöses MCM-41. Bei der Synthese entstand neben dem eingeschlossenen Polymer im Zeolith eine vom Hybrid extrahier-bare Polymerfraktion. Beide Fraktionen wurden mittels GPC und einer speziellen Kopplung von GPC und UV/Vis-Spektrometer analysiert. DSC und dielektrische Spektro-skopie wurden zur Glasübergangstemperaturbestimmung herangezogen. Die Strukturuntersuchung der neuartigen Hybridmaterialien erfolgte mit Festkörper-NMR-Spektroskopie, Röntgendiffraktometrie XRD, Transmissionselektronenmikroskopie TEM, Sekun-därelektro-nenmikroskopie SEM, Elektronenstrahlmikroanalyse ESMA, UV/Vis-Spektroskopie und Infrarotspektroskopie FT-IR. Die Porentopologie wurde mit Stick-stoff-sorp-tionsmessungen bestimmt.

In der vorliegenden Arbeit wird die kationische Polymerisation neuer Furanmonomere beschrieben, die zu anorganisch-organischen Nanokompositen führt. Die kationische Polymerisation des Tetrafurfuryloxysilans steht dabei im Vordergrund. Ausgehend von den synthetisierten Kompositen wird die Herstellung von anorganischen Oxiden durch thermische Oxidation und von Kohlenstoffmaterialien durch thermische Behandlung in Schutzgasatmosphäre beschrieben. Die Charakterisierung der Komposite, Oxide und Kohlenstoffmaterialien erfolgt mittels Festkörper-NMR-Spektroskopie, Röntgenbeugung und Elektronenmikroskopie. Das Prinzip der neu entdeckten Zwillingspolymerisation wird vorgestellt und anhand verschiedener Beispiele auf seine weitere Anwendbarkeit zur Synthese anorganisch-organischer Kompositmaterialien überprüft.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollten die Moeglichkeiten einer kationisch initiierten Polymerisation im Zeolithkanal ueberprueft werden.

Die vorliegende Arbeit beschreibt verschiedene Synthesewege zur Oberflächenmodifizierung silikatischer Partikel mit 1,3-Divinylimidazolidin-2-on (Bisvinylethylenharnstoff, BVH) und Vinylformamid (VFA), z. B. radikalische Pfropfpolymerisationen („grafting from/to“) und radikalisch vernetzende Copolymerisation von VFA mit BVH. Es werden Versuche zur sauren Verseifung der Formamidgruppen und zur Charakterisierung der gebildeten Polyvinylamin (PVAm)/Kieselgel Hybridmaterialien vorgestellt. Die Eigenschaften der PVAm/Kieselgel Hybridmaterialien sind je nach zugrundeliegendem Polymerisationsprozeß verschieden und werden mittels 13 C{1 H}-CP-MAS-NMR-Spektroskopie, Zetapotentialmessungen, SANS, Quelltests und rheologischen Methoden untersucht. Die kationische Oberflächenpolymerisation von BVH unter Verwendung des Initiatorsystems Triphenylmethylchlorid/Kieselgel wird ausführlich erläutert. Die Struktur der resultierenden Hybridmaterialien wird mittels quantitativer Elementaranalyse, 13 C{1 H}-CP-MAS-NMR-, DRIFT- und ESCA- Spektroskopie, sowie TGA und Zetapotentialmessungen untersucht. Die Anwendung der Poly-BVH/KG Hybridmaterialien zur Adsorption von Schwermetallsalzen wird am Beispiel der Adsorption von CuCl2, CoCl2, CoI2 und FeCl3 beschrieben. Dabei werden der Einfluß des Polymergehaltes der Hybride und des Metallanions auf die adsorbierte Sättigungsstoffmenge diskutiert. Eine quantitative Beschreibung der Adsorption nach dem LANGMUIR-Modell wird gegeben, welche in einem Vorschlag für die Wechselwirkung zwischen Hybridmaterial und Metallsalz mündet. Mit der Adsorption von Goldnanoclustern an Poly-BVH/Kieselgel Hybriden wird eine weitere Möglichkeit der Modifizierung und des Aufbaus von funktionellen Multischichtsystemen vorgestellt.