Synthesis of amphiphilic block copolymers and their interactions with model lipid membranes

Abstract

Das Mischen von Phospholipiden und synthetischen Blockcopolymeren führt zur Bildung von Hybridvesikeln, wobei der Aspekt der Phasenseparation eine zentrale Rolle zur gezielten Oberflächenmodellierung dieser Membranen spielt, welche selektive Wechselwirkungen mit natürlichen oder synthetischen Makromolekülen zulassen (z.B. mit Proteinen oder synthetischen Nanopartikeln). Die vorliegende Arbeit untersucht die Bildung von gemischten Lipid/Polymer-Hybridvesikeln, die aus Lipiden und synthetisierten Polyisobutylen-Block-Poly(ethylenoxid) (PIB-b-PEO) Copolymeren aufgebaut sind, und prüft Effekte der Polymere auf die Organisation der Lipidmembran (z.B. Entmischungsphänomene). Die biokompatiblen Di- (PIBn-b-PEOm) und Triblockcopolymere (PEOm-b-PIBn-b-PEOm) wurden durch eine Kombination der lebenden carbokationischen Polymerisation (LCCP) mit der Cu(I)-vermittelten 1,3-dipolaren Zykloadditionsreaktion („Klick“-Reaktion) zwischen Azid-telechelen PIBs und Alkin-modifizierten PEOs erhalten, die es erlaubt klar definierte Copolymere mit unterschiedlichen Blocklängen herzustellen.

A simple mixing of phospholipids and synthetic block copolymers (BCPs) leads to the formation of hybrid vesicles. The issue of phase separation within these hybrid membranes plays a central role in creating structural features at the membrane surface, which can selectively interact with natural or synthetic macromolecules (e.g. proteins or synthetic nanoparticles). This thesis investigates the formation of hybrid lipid/polymer vesicles composed of lipids and synthesized polyisobutylene-block-poly(ethylene oxide) (PIB-b-PEO) copolymers and provides details on the hybrid bilayer organization demonstrating e.g. the formation of laterally mixed or phase separated vesicle morphologies. The biocompatible di- (PIBn-b-PEOm) and triblock copolymers (PEOm-b-PIBn-b-PEOm) were prepared by a combination of living carbocationic polymerization (LCCP) with a Cu(I)-mediated 1,3-dipolar cycloaddition reaction (“click”-reaction) between azide-telechelic PIBs and alkyne-modified PEOs allowing to obtain well-defined BCPs with various block lengths.