Synthese und Charakterisierung neuartiger antimikrobieller Polymere

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Synthese und Charakterisierung definierter Ionene und die Untersuchung ihrer Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in Bezug auf ihre antimikrobielle Aktivität und Hämokompatibilität. Des Weiteren sollten auf Basis von Ionenen antimikrobielle Polymernetzwerke hergestellt und charakterisiert werden. Durch einen sequentiellen Aufbau mit trans-1,4-Dibrom-2-buten und N,N,N´,N´-Tetramethyl-1,3-propandiamin, konnten 3,4en-Ionene (PBI) mit definierten Molekulargewichten und Endgruppen unter kontrollierten Synthesebedingungen generiert werden. Die antimikrobiellen Untersuchungen zeigen eine Abhängigkeit der antimikrobiellen Aktivität vom Molekulargewicht und der Art der Endgruppen. Viele der Makromoleküle weisen eine exzellente Hämokompatibilität (Lyse ~1%), bei einer Konzentration von 40 000 μg/mL, auf. Die identifizierten Einflüsse ermöglichen die Herstellung verschiedener, hämokompatibler Biozide mit einer breiten oder einer spezifischen antimikrobiellen Aktivität. Zudem kann PBI zur Entgiftung von antimikrobiell wirksamen Monomeren, wie Dodecyltrimethylammoniumchlorid, genutzt werden, ohne dass diese an antimikrobieller Aktivität verlieren. Insgesamt unterscheidet sich das Verhalten der PBI, als typische Vertreter der hydrophilen, kationischen Polymere, aufgrund der hohen Selektivität gegenüber Säugetierzellen, maßgeblich von dem amphiphiler, antimikrobieller Polymere. Dies macht diese Verbindungen zu einer neuen Klasse von antimikrobiellen Polymeren. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden beidseitig Brom-terminierte PBIn über ihre Endgruppen mit Tris(2-aminoethyl)amin zu schnell quellbaren, antimikrobiellen Superabsorbern (PBIN) vernetzt. Diese Superabsorber nehmen innerhalb einer Minute das Vielfache ihres Eigengewichts an Wasser auf. PBIN wurde in 2-Hydroxyethylacrylat und Glyceroldimethacrylat gequollen und zu transparenten, stabilen interpenetrierenden Hydrogelen (IPH) photovernetzt. Der PBI-Gehalt im IPH variiert im Bereich von 1.4 - 7.8 wt%. Antimikrobielle Untersuchungen zeigen, dass die Zellen der klinisch relevanten Keime Staphylococcus aureus, Escherichia coli und Pseudomonas aeruginosa bei der geringsten PBI-Konzentration auf den IPH, selbst nach 4 Wochen waschen in Wasser, abgetötet werden. Mittels eines neuen quantitativen Nachweises für PBI in Lösung, konnte jedoch selbst weit unterhalb der minimal inhibierenden Konzentration eine Freisetzung für die IPH nachgewiesen werden. Die IPH stellen ein vielversprechendes Material für Wundauflagen, beispielsweise für Brandwunden und infizierte Wunden, dar.