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

Abstract

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...

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...