Advanced

A Light Scattering and Calorimetry Study on the Interaction between Thermoresponsive Polymers and Bile Salts

Fridolf, Simon LU (2018) KEMP17 20172
Department of Chemistry
Abstract
The co-assembly and temperature-dependent phase behavior of dilute aqueous solutions of a thermoresponsive cationic diblock copolymer and oppositely charged bile salts, sodium deoxycholate and sodium glycodexoycholate, or sodium dodecyl sulphate at different charge fractions in terms of negative charge were investigated by static- and dynamic light scattering (SLS/DLS), differential scanning calorimetry (DSC) and zeta potential measurements. The block copolymer was composed of poly(N-isopropyl acrylamide) (PNIPAAM) and poly((3-acrylamidopropyl) trimethylammonium chloride (PAMTPMA). PNIPAAM homopolymer mixed systems were also investigated. The phase behavior was found to be highly dependent on the lower critical solution temperature... (More)
The co-assembly and temperature-dependent phase behavior of dilute aqueous solutions of a thermoresponsive cationic diblock copolymer and oppositely charged bile salts, sodium deoxycholate and sodium glycodexoycholate, or sodium dodecyl sulphate at different charge fractions in terms of negative charge were investigated by static- and dynamic light scattering (SLS/DLS), differential scanning calorimetry (DSC) and zeta potential measurements. The block copolymer was composed of poly(N-isopropyl acrylamide) (PNIPAAM) and poly((3-acrylamidopropyl) trimethylammonium chloride (PAMTPMA). PNIPAAM homopolymer mixed systems were also investigated. The phase behavior was found to be highly dependent on the lower critical solution temperature behavior of PNIPAAM as revealed by the endothermic transitions found by DSC and as reflected in the cloud point determinations using SLS. The DLS measurements performed at temperatures below the phase transition temperature showed that co-assembled structures with hydrodynamic radii ≈ 50-100 nm were formed. In the block copolymer case, they were charge neutral even at off-stoichiometric charge conditions and could thus be described as bile salt-copolymer coacervate complexes formed a result of the electrostatic interaction between the PAMPTMA blocks and the surfactants. In the homopolymer case, the co-assembly was instead governed by hydrophobic interactions pointing towards another type of aggregate structure. Upon increasing temperature larger aggregates developed and, depending on mixing ratio and surfactant, phase separation was observed. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Några av de viktigaste molekylära strukturerna för livet på jorden är polymerer. Några exempel på dessa är deoxyribonukleinsyror (DNA) som bär den genetiska informationen nödvändig för att en organisk ska kunna utvecklas och fungera, och proteiner som utför andra komplexa och livsnödvändiga funktioner och utgör maskineriet för till exempel cellandning och ämnesomsättning. Det som DNA, proteiner och andra polymerer har genemsamt är att de är långa kedjor som är uppbyggda av individuella kemiska grupper som kallas monomerer och är sammanfogade genom kovalenta kemiska bindningar. I fallet med proteiner är monomerna aminosyror och deras individuella kemiska egenskaper tillsammans med hur de är ordnade i kedjan är avgörande för vilka strukturer... (More)
Några av de viktigaste molekylära strukturerna för livet på jorden är polymerer. Några exempel på dessa är deoxyribonukleinsyror (DNA) som bär den genetiska informationen nödvändig för att en organisk ska kunna utvecklas och fungera, och proteiner som utför andra komplexa och livsnödvändiga funktioner och utgör maskineriet för till exempel cellandning och ämnesomsättning. Det som DNA, proteiner och andra polymerer har genemsamt är att de är långa kedjor som är uppbyggda av individuella kemiska grupper som kallas monomerer och är sammanfogade genom kovalenta kemiska bindningar. I fallet med proteiner är monomerna aminosyror och deras individuella kemiska egenskaper tillsammans med hur de är ordnade i kedjan är avgörande för vilka strukturer de bildar tillsammans med andra kedjor och andra små molekyler – och är avgörande för deras funktion.

För att förstå beteendet av, och för att skapa nya syntetiska (konstgjorda) polymerer för specifika ändamål bedrivs omfattande forskning. Både konventionella och nya syntetiska polymerer används redan eller har potential för många tillämpningar inom industri, forskning och medicin. För att ge dem specifika egenskaper är det möjligt att syntetisera s.k. copolymerer, där flera olika sorters monomerer kan organiseras på olika sätt, till exempel i en uppdelning i
block av en sorts monomer i vilket fall polymeren benämns en block copolymer.

Polymeren som undersöks i det här arbetet förkortas PNIPAAM65-b-PAMPTMA20 och är en block copolymer med en längre neutral hydrofil (vattenälskande) del som blir hydrofob (vattenhatande) vid högre temperatur, och en kortare positivt laddad hydrofil del vilket ger den intressanta egenskaper och ett komplext beteende i vatten. Molekyler som samtidigt har både hydrofila och hydrofoba delar kallas för amfifiler och i vatten bildar de vanligtvis spontanta strukturer som försöker tillfredställa båda delarna genom att samtidigt exponera eller gömma dem från vattenmolekyler. En potentiell tillämpning av PNIPAAM65-b-PAMPTMA20 är att
transportera vatten-olösliga läkemedel i sin hydrofoba del och det som gör polymerer av denna typ extra lovande för denna tillämpning är dess låga giftighet och dess temperaturkänslighet (mer korrekt termoresponsibilitet) i närheten av kroppstemperatur, vilket ger möjligheten att släppa ut dess innehåll vid en specifik plats eller tidpunkt som kan vara viktig för tillämpningen.

Gallsalter kallas ibland för kroppens tvättmedel och är små amfifila molekyler som finns i gallan hos däggdjur och andra ryggradsdjur och är ansvariga för att transportera vatten-olösliga ämnen som vitaminer och fettsyror i kroppen vilket är viktigt för metabolismen (ämnesomsättningen) av dessa. Gallsalter är negativt laddade och kan tänkas interagera med polymerer som PNIPAAM65-b-PAMPTMA20 och bilda specifika strukturer som påverkar varandras funktion, därför är det viktigt att undersöka den här sortens system. I det här arbetet undersöks dessa strukturer med hjälp av ljusspridnings- och kalorimetriska tekniker för att öka förståelsen för dessa system. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Fridolf, Simon LU
supervisor
organization
course
KEMP17 20172
year
type
L3 - Miscellaneous, Projetcs etc.
subject
keywords
physical chemistry, thermoresponsive polymers, PNIPAAM, neutral-ionic block copolymers, bile salts, light scattering, differential scanning calorimetry
language
English
id
8933150
date added to LUP
2018-02-01 11:27:38
date last changed
2018-02-01 11:27:38
@misc{8933150,
  abstract     = {The co-assembly and temperature-dependent phase behavior of dilute aqueous solutions of a thermoresponsive cationic diblock copolymer and oppositely charged bile salts, sodium deoxycholate and sodium glycodexoycholate, or sodium dodecyl sulphate at different charge fractions in terms of negative charge were investigated by static- and dynamic light scattering (SLS/DLS), differential scanning calorimetry (DSC) and zeta potential measurements. The block copolymer was composed of poly(N-isopropyl acrylamide) (PNIPAAM) and poly((3-acrylamidopropyl) trimethylammonium chloride (PAMTPMA). PNIPAAM homopolymer mixed systems were also investigated. The phase behavior was found to be highly dependent on the lower critical solution temperature behavior of PNIPAAM as revealed by the endothermic transitions found by DSC and as reflected in the cloud point determinations using SLS. The DLS measurements performed at temperatures below the phase transition temperature showed that co-assembled structures with hydrodynamic radii ≈ 50-100 nm were formed. In the block copolymer case, they were charge neutral even at off-stoichiometric charge conditions and could thus be described as bile salt-copolymer coacervate complexes formed a result of the electrostatic interaction between the PAMPTMA blocks and the surfactants. In the homopolymer case, the co-assembly was instead governed by hydrophobic interactions pointing towards another type of aggregate structure. Upon increasing temperature larger aggregates developed and, depending on mixing ratio and surfactant, phase separation was observed.},
  author       = {Fridolf, Simon},
  keyword      = {physical chemistry,thermoresponsive polymers,PNIPAAM,neutral-ionic block copolymers,bile salts,light scattering,differential scanning calorimetry},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {A Light Scattering and Calorimetry Study on the Interaction between Thermoresponsive Polymers and Bile Salts},
  year         = {2018},
}