Taktizität, Helikalität und Chiralität von triphilen Blockcopolymeren und deren Strukturbildung an und in Modellmembranen

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Es werden triphile Blockcopolymere synthetisiert, die neben hydrophilen und lipophilen Gruppen auch fluorophile Gruppen enthalten. Von besonderem Interesse sind Blocksequenzen, die die fluorophile Einheit in der Mitte der Polymerkette, d.h. zwischen den hydrophilen und den lipophilen Blöcken, enthalten. Die Synthese basiert ganz wesentlich auf der Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) in Kombination mit der Cu(I)-katalysierten Cycloaddition von Alkinen und Aziden (CuAAC). Die meisten hydrophilen Blöcke, die in diesem Projekt eingesetzt werden, basieren auf Methacrylaten. Um bei der radikalischen Polymerisation eine Stereoregularität (Taktizität) einzuführen, werden große Substiuenten in die Methacrylat-Seitengruppe eingeführt und anschließend durch die gewünschten hydrophilen Gruppen ersetzt. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von chiralen Komplexbildnern für das Cu(I) in der ATRP. Die erfolgreiche Synthese des isotaktischen Poly(dihydroxypropyl methacrylate)s erfolgt über das Auftreten eines Signals der Methylgruppe am Polymerrückrad mittels 1H- und 13C-NMR-Spektroskopie. Da die Dihydroxyproplgruppe in Methacrylaten ein chirales Zentrum besitzt, sollten diese Polymere dann zur Ausprägung einer chiralen Sekundärstruktur befähigt sein. Dies gilt auch für den hydrophoben Block aus Poly(propylen oxid), wobei hier die Stereoregularität nur über stereoreguläre Koordinationspolymerisation eingeführt werden kann. Zusätzlich werden chirale hydrophobe Blöcke mit ATRP synthetisiert, wobei die Monomere chirale Aminosäuren in den Seitengruppen enthalten. Die Chiralität der synthetisierten Blockcopolymere wird durch Messung der optischen Aktivität, des Circulardichroismus bzw. der NMR-Spektroskopie nach einem Derivatisierungsprozess mit Borsäurederivaten und chiralen Aminen bestimmt. Da die Modellmembranen von enantiopuren Phosholipiden gebildet werden, besteht die Möglichkeit der s.g. chiralen Erkennung. Da die Modellmembranen aus Phospholipiden bestehen, die per se chiral sind, sollte die Möglichkeit bestehen, dass eine chirale Erkennung (chiral recognition) zwischen Polymer und Lipid auftritt. Besonders geeignet für die Untersuchungen zur chiralen Erkennung sind Messungen an Monoschichten auf dem Langmuirtrog in Kombination mit der Epifluororeszenz- bzw der Brewsterwinkelmikroskopie. Eine weitere wichtige Charakterisierungsmethode zur Untersuchung der Polymer-Lipid Wechselwirkungen stellt die Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM) dar. Hierbei wird der Einbau bzw. die Adsorption von Polymeren mit Fluoreszenzlabel in die Lipidschichten bildgebend verfolgt. Außerdem sollen die Polymer-Lipid Wechselwirkung und der Einfluss der Chiralität auf diese mit Hilfe der Differential Scanning Calorimetry (DSC), der Isothermal Titration Calorimetry (ITC) und der Infrarot Reflexions Absorptions Spektroskopie (IRAAS) quantitativ bestimmt werden. Die Bildung von Kanälen in Black Lipid Bilayers und deren Lebensdauer soll mit Hilfe der "patch-clamp-Technik" quantifiziert werden. Weitere physikalische Untersuchungen werden an Blockcopolymeren durchgeführt, die lineare und hyperbranched Blöcke enthalten und Cholesterin als Anker für den Membraneinbau besitzen (zusätzlich sind diese mit Tetramethylrhodamin gelabelt, Kooperation mit der AG Frey, Uni Mainz).