Responsive Polymer Materials: From Light- to Thermo- and Redox-Responsive Systems

Abstract

This doctoral thesis focuses on the design, synthesis, and characterization of novel polymer materials responsive to physical and chemical stimuli. The presented findings will serve mainly for improving polymer-based drug-delivery systems (DDSs) and will help in advancing the development of future theranostics - materials combining therapeutic and diagnostic qualities into a single system. The emphasis is put on the bottom-up approach - design and synthesis of new small molecules, including light- and/or redox-responsive compounds, using light- and redox-responsive monomers for creating well-defined responsive polymers through controlled polymerizations, as well as controlling the exact monomer composition along polymer chains to achieve improved drug loading in micelle-like DDSs. Pyrazinacenes are a specific type of heteroacenes formed from linearly-fused 1,4-pyrazine units. Pyrazinacenes are redox-active, strongly colored, fluorescent compounds that could be potentially used for designing new upconverting materials (i.e. conversion of lower energy photons to a higher energy photon) and their complexes with ruthenium could intercalate into DNA in a similar manner as the well-studied DNA probe/photoswitch [Ru(bpy)2dppz]2+ . In this work, a novel and scalable one-pot synthesis of...

Souhrn Tato doktorská disertační práce se zaměřuje na návrh, syntézu a charakterizaci nových polymerních materiálů citlivých na fyzikální a chemické podněty. Předkládané výsledky mohou pomoci zejména k vylepšování systémů pro cílenou dopravu a řízené uvolňování léčiv ("drug delivery systems", DDSs) a k vývoji budoucích teranostik - materiálů kombinujících terapeutické a diagnostické aplikace v rámci jediného systému. Důraz je v této práci kladen zejména na "bottom-up" přístup - tj. na návrh a syntézu nových malých molekul zahrnujících foto- a/nebo redoxně-responzivní sloučeniny, na využití foto- a/nebo redoxně-responzivních monomerů pro přípravu dobře definovaných responzivních polymerů pomocí kontrolovaných polymerací, a také na řízení monomerního složení podél polymerních řetězců pro zvýšení obsahu účinné látky v nanočásticových/micelárních DDSs. Pyrazinaceny patří do skupiny heteroacenů, které jsou tvořeny lineárně spojenými 1,4-pyrazinovými jednotkami. Pyrazinaceny jsou redoxně aktivní, intenzivně barevné a fluorescenční sloučeniny, jež by v budoucnu mohly být využity pro nové upkonverzní materiály (tzn. přeměna dvou či více fotonů s nižší energií na foton s vyšší energií) a jejich komplexy s rutheniem by se mohly interkalovat do DNA podobným způsobem jako již používaná DNA próba [Ru(bpy)2dppz]2+ . V...