Zinc oxide based polymer hybrid materials

Wilke, Philipp; Klee, Doris; Pich, Andrij

doi:HT018728267

Zinc oxide based polymer hybrid materials = Zinkoxid-basierte Polymer-Hybrid-Materialien

Wilke, Philipp

2015

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Philipp Wilke (geb. Nachev)

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2015

Umfang170 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Pich, Andrij (Thesis advisor) ; Klee, Doris (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-06-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-039101
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/480888/files/480888.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/480888/files/480888.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Chemie (frei) ; zinc oxide (frei) ; nanoparticles (frei) ; microgels (frei) ; electrospinning (frei) ; wound healing (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
ZnO Nanopartikel wurden erfolgreich über eine Ein-Pot Fällungsreaktion synthetisiert und unter Verwendung einer Fettsäure oberflächenmodifiziert. Es wurde gezeigt, dass durch Wahl der Konzentration an verwendeter Base zwei verschiedene Morphologien, Nanosphären und Nanostäbchen, erhalten werden. Dabei zeigten die ZnO Nanostäbchen eine verbesserte kolloidale Stabilität in Wasser und eine höhere antibakterielle Aktivität im Vergleich zu den Nanosphären. Weitere Analysen ergaben die Anordnung der Surfactant-Moleküle zu einer Doppelschicht auf der Nanopartikel-Oberfläche. Außerdem konnten die ZnO Nanostäbchen erfolgreich mit einer neuartigen PEI-Maltose Verbindung oberflächenmodifiziert werden.Die Synthesemethodik der ZnO Nanosphären wurde erfolgreich zur Beladung von PVCL-basierten Mikrogelen eingesetzt, wobei die Fällung im Innern des Mikrogel-Netzwerkes geschieht, wie durch TEM, DLS und Zetapotential-Messungen nachgewiesen wurde. Verschiedene PVCL-basierte Mikrogel Systeme wurden dabei hinsichtlich ihres Nutzens als ZnO-Träger getestet. Darunter auch ein Mikrogel, das durch Verwendung eines iso-Eugenol und Poly(Glycidol) enthaltenden Makromonomeren hergestellt wurde. Dabei zeigten ein PVCL-Itakonsäure- und das PVCL-iso-Eugenol System die besten Resultate im Rahmen dieser Arbeit. Darüber hinaus wurde ein neues PVCL-PEG Mikrogel unter veränderten Bedingungen hergestellt. DLS, Zetapotential- und kalorimetrische Messungen ergaben, dass es sich um Hydrogele mit Durchmessern im Nanometerbereich handelte. Es wurde keine Trübung während der nasschemischen Synthese festgestellt. Von daher wurden diese Nanogele erfolgreich für die in-situ Konjugation Laser-generierter Nanopartikel, in Kooperation mit der Universität Essen-Duisburg, eingesetzt. Die PVCL-Itakonsäure und -PEG basierten Mikrogele, beladen mit ZnO Nanopartikel, wurden letztlich mittels Elektrospinn-Verfahren verarbeitet, um PCL-basierte Mikrofasern zu erhalten. FESEM und TEM Analysen bestätigten die erfolgreiche Ablagerung von Mikrogel-ZnO Kompositen auf den PCL Mikrofasern. Weitere Untersuchungen zeigten, dass diese neuartigen Drei-Komponenten Systeme Zinkionen freisetzen und nicht-toxisch für humane dermale Fibroblasten sind.

ZnO nanoparticles were successfully synthesized by a one-pot precipitation method and their surface modified by use of a fatty acid. It was shown that by switching the base amount between two different concentrations, two morphologies can be obtained, namely nanospheres and nanorods. ZnO nanorods showed improved colloidal stability in water and higher antibacterial activity compared to nanospheres. Further characterization revealed a double layer assembly of the surfactant-molecules on the nanoparticle’s surfaces. Moreover, the surfaces of the nanorods were successfully modified after reacting with a novel PEI-maltose compound. The synthesis of ZnO nanospheres was successfully transferred to the inside of a PVCL-based microgel system, i.e. the precipitation of ZnO occurred in the microgel network, as demonstrated by TEM, DLS and zetapotential measurements. Different PVCL-based microgels were tested concerning their use as ZnO hosts, including a microgel that was prepared using a novel macro monomer consisting of iso-Eugenol and poly(glycidole). The PVCL-itaconic acid and PVCL-iso-Eugenol systems show the most promising results within the framework of this thesis. Further on, novel PVCL-PEG microgels were synthesized under various conditions. DLS, zetapotential and calorimetric measurements revealed nanosized hydrogels; no turbidity was observed during the wet-chemical synthesis. These nanogels were successfully used for the in-situ conjugation of laser-generated nanoparticles, in cooperation with Essen University, by reproducing the synthesis during laser-ablation. The PVCL-itaconic acid and -PEG based microgels loaded with ZnO nanoparticles were further processed to obtain PCL microfibers by means of electrospinning. FESEM and TEM characterization proved the successful deposition of microgel-ZnO composites onto the PCL microfibers. Further studies showed that these novel three-component systems can release zinc ions and are non-toxic for human dermal fibroblasts.

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