Properties of polymer nano and microstructures obtained as a result of self-assembly of a pair of block copolyelectrolytes

Kopolimery blokowe stanowią doskonały materiał służący do wytwarzania struktur naśladujących komórkową kompartmentalizację ze względu na zdolność samoorganizacji w cząstki o wielu morfologiach, w tym w polimerosomy (struktury pęcherzykowe) oraz koacerwaty (mikrokrople polimerowe zawieszone w roztworze). Struktury takie mogą się formować z kopolimerów amfifilowych lub jonowo-niejonowych/zwitterjonowych (bazujących na kompleksach polijonowych). Podczas badań otrzymano polimerosomy i micele cylindryczne z pary przeciwnie naładowanych kopolimerów jonowo-zwitterjonowych, posiadających blok z mocnego polielektrolitu: polikationu PMPC-b-PMAPTAC [poli(2-(metakryloiloksy)etylo fosforylcholina)-blok-poli(chlorek (3 (metakryloiloamino)propylo)trimetyloamoniowy)] oraz polianionu PMPC-b-PAMPS [poli(2 (metakryloiloksy)etylo fosforylcholina)-blok-poli(2-(akrylamido)-2-metylopropano sulfonian sodu)]. W trakcie badań sprawdzono rozmiar i morfologię otrzymanych struktur oraz ich stabilność w czasie. Zbadano również wpływ siły jonowej oraz możliwość przekształcenia ich w struktury mikrometryczne. W kolejnym etapie skupiono się na termodynamice procesu kompleksowania kopolimerów, wyznaczono parametry termodynamiczne takie jak: entalpia oddziaływania, stechiometria i stała wiązania używając kalorymetrii ITC. Ostatni etap polegał na zbadaniu możliwości wykorzystania cząstek polimerowych jako reaktory enzymatyczne zawierające enzym inwertazę. Przeprowadzone eksperymenty potwierdziły możliwość otrzymania z badanych kopolimerów stabilnych nano i mikrostruktur oraz wykazały obiecujące rezultaty w kwestii przekształcenia ich w reaktory enzymatyczne.Block copolymers are powerful materials for the preparation of cell-mimicking structures due to their ability to self-assembly into particles with a wide range of morphologies, including polymersomes (vesicular structures) and coacervates (polymeric microdroplets suspended in solution). The structures can be obtained from amphiphilic copolymers or ionic-nonionic/zwitterionic copolymers (based on polyion complexes). In my research, polymersomes and cylindrical micelles were obtained from a pair of ionic-zwitterionic copolymers (containing strong polyelectrolyte blocks): polycation, PMPC-b-PMAPTAC [poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)-block-poly([3-(methacryloylamino)propyl]trimethylammoniumchloride)] and polyanion PMPC-b-PAMPS [ poly(2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine)-block-poly(sodium 2-(acrylamido)-2-methylpropanesulfonate)]. During the study, the size, morphology and stability over time of the structures were determined. The influence of ionic strength and the possibility of transforming them into micrometric structures was also investigated. In the next step, the focus was on the thermodynamics of the copolymer complexion process, thermodynamic parameters such as enthalpy of interaction, stoichiometry and binding constant were determined using ITC calorimetry. The last step was to investigate the possibility of using polymer structures as enzymatic reactors containing invertase. The experiments confirmed the possibility of obtaining stable nano and microstructures from the studied copolymers and showed promising results of their transformation into enzymatic reactors