Herstellung multifunktionaler Hydrogele mit zugänglichen Isothiouroniumgruppen durch Radikalkreuzung

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 10361 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Hydrogele können für bestimmte Zwecke mit funktionellen Gruppen ausgestattet werden. Isothiouroniumgruppen können die Adsorptionsfähigkeit verbessern oder die Kopplung anderer funktioneller Gruppen durch milde Reaktionen nach der Umwandlung in Thiolgruppen ermöglichen. Hier stellen wir eine Methode zur Herstellung multifunktionaler Hydrogele vor, indem wir Isothiouroniumgruppen in Poly(ethylenglykol)diacrylat (PEGDA)-Hydrogele einführen und diese durch Reduktion der Isothiouroniumgruppen in Thiol-funktionalisierte Hydrogele umwandeln. Zu diesem Zweck wurde das amphiphile Monomer 2-(11-(Acryloyloxy)-undecyl)isothiouroniumbromid (AUITB), das eine Isothiouroniumgruppe enthält, synthetisiert und mit PEGDA copolymerisiert. Auf diese praktische Weise war es möglich, bis zu 3 Gew.-% AUITB in die Hydrogele einzubauen, ohne deren Gleichgewichtsquellungsgrad zu verändern. Die erfolgreiche Funktionalisierung wurde durch Oberflächenanalyse der Hydrogele mit Wasserkontaktwinkelmessungen und erhöhten isoelektrischen Punkten der Hydrogeloberflächen von 4,5 auf 9,0 aufgrund der Anwesenheit der Isothiouroniumgruppen nachgewiesen. Die Hydrogele zeigten eine Eignung als Adsorbens, wie die ausgeprägte Adsorption des anionischen Wirkstoffs Diclofenac zeigt. Das Potenzial der Funktionalisierung für (Bio-)Konjugationsreaktionen wurde durch die Reduktion von Isothiouroniumgruppen zu Thiolen und die anschließende Immobilisierung des funktionellen Enzyms Meerrettichperoxidase auf den Hydrogelen demonstriert. Die Ergebnisse zeigen, dass vollständig zugängliche Isothiouroniumgruppen in radikalisch vernetzte Hydrogele eingeführt werden können.

Hydrogele werden ausführlich in den Bereichen Tissue Engineering1,2,3, Arzneimittelabgabe4,5,6 oder für (Bio-)Sensoren7,8,9 untersucht. Sie bestehen aus einem unlöslichen Polymernetzwerk, das in einem wässrigen Medium gequollen ist10. Die Funktionalität eines Hydrogels sowie sein Quellverhalten resultieren im Allgemeinen aus einem Zusammenspiel von Polymernetzwerk und Quellmedium11,12,13. Eine elegante Möglichkeit, die Hydrogeleigenschaften anzupassen, besteht jedoch darin, die Zusammensetzung des Polymernetzwerks oder die Vernetzungsdichte und -architektur zu ändern.

Eine herausragende Klasse von Hydrogelen basiert auf Polyethylenglykol (PEG), das häufig durch Photohärtung von PEG-Diacrylat (PEGDA) hergestellt wird5,14,15,16. Die resultierenden Hydrogele sind bioinert und hemmen die Proteinadsorption17,18 sowie die Zelladhäsion19,20. Basierend auf den Anforderungen an die Hydrogeleigenschaften kann die Polymernetzwerkbildung durch die Molmasse oder Konzentration von PEGDA in den Hydrogel-Vorläuferlösungen, also vor der Vernetzung, beeinflusst werden21,22,23. Darüber hinaus kann eine Funktionalisierung von PEG-basierten Hydrogelen durch Zugabe anderer Moleküle oder Monomere zu den Hydrogel-Vorläuferlösungen erreicht werden. Dies wurde bereits zuvor erfolgreich durchgeführt, beispielsweise durch die Einbeziehung von Monomeren, die ein Polyelektrolyt-Hydrogel erzeugten15,16,24. Das positiv geladene Monomer 2-(Methacryloyloxy)ethyltrimethylammoniumchlorid (MAETAC) wurde durch Copolymerisation in PEGDA-Hydrogele eingebaut15. In einer ähnlichen Studie wurde das negativ geladene Monomer Natriummethallylsulfonat (SMAS) zur Funktionalisierung von PEGDA-Hydrogelen16 verwendet. In beiden Studien wurde bei den funktionalisierten Hydrogelen im Vergleich zu den nicht funktionalisierten Hydrogelen eine erhöhte Proteinadsorption, Zelladhäsion und Proliferation beobachtet. Neben der Verbesserung der Zellverträglichkeit bieten solche Polyelektrolyt-Hydrogele weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten. Polyelektrolytmaterialien können zur Adsorption von Molekülen mit entgegengesetzter Ladung durch elektrostatische Wechselwirkung oder Ionenaustausch verwendet werden und können beispielsweise bei der Wasserreinigung eingesetzt werden25. Die Wahl des Monomers und seiner funktionellen Gruppe ist entscheidend für den möglichen Anwendungsbereich des Hydrogels.

Eine besonders interessante ionische Einheit, die unseres Wissens bisher bei der Herstellung makroskopischer Hydrogele vernachlässigt wurde, ist die Isothiouroniumgruppe. Über bemerkenswerte Eigenschaften von Isothiouroniumsalzen oder Isothiouronium-haltigen Nanopartikeln mit niedriger Molmasse, wie Antitumoraktivität26 oder antibakterielle Wirkung27, wurde bereits zuvor berichtet. Als Adsorber für Schwermetallionen sind Isothiouronium-funktionelle Partikel kommerziell erhältlich28,29,30,31. Die Isothiouroniumgruppe ist in sauren bis neutralen wässrigen Umgebungen und in Kontakt mit Luft stabil und könnte daher für die direkte Zugabe zu Hydrogel-Vorläuferlösungen geeignet sein.

Abgesehen von der direkten Wirkung von Isothiouroniumgruppen ermöglichen ihre chemischen Eigenschaften eine weitere Möglichkeit: Sie hydrolysieren unter Einwirkung von Natriumhydroxid oder Natriummetabisulfit effizient zu Thiolen32,33. Daher können Isothiouroniumgruppen als synthetische Thiolvorläufer betrachtet werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, da es sich oft als schwierig erweist, Thiole direkt in Hydrogele einzuführen, da sie typische Vernetzungsreaktionen stören, z. B. radikalische Polymerisation34,35 oder ein Reaktant in der Vernetzungsreaktion sind, durch die sie verbraucht werden, z. B. im Polymer Vernetzung durch Thiol-In- oder Michael-Additionsreaktionen36,37. Somit könnte die Verwendung von Isothiouroniumgruppen als geschützte Thiole während der Vernetzung eine elegante Möglichkeit bieten, Thiole durch Nachpolymerisationsreaktionen nach dem Aushärten freizusetzen.

Die hohe Reaktivität von Thiolen bietet die Möglichkeit, andere Moleküle kovalent zu binden und sie sogar für Biokonjugationsreaktionen in wässriger Umgebung zu nutzen38. Allerdings berichten nur wenige Studien über die Verfügbarkeit von Thiolen in Hydrogelen. Die Gruppe von Sajeesh et al. vorbereitete Hydrogel-Mikropartikel auf Basis von Polymethacrylsäure, Polyethylenglykol und Chitosan mit einer Thiolfunktionalität für die orale Verabreichung von Insulin39. Southan et al. synthetisierte Polymere mit einem PEG-Rückgrat und copolymerisiertes Poly(glycidylthiol) mit PEGDA, um PEG-basierte Hydrogele mit Thiolfunktionalität zu erzeugen, die die Zelladhäsion der Hydrogele an Fibroblasten im Vergleich zu unmodifizierten PEGDA-Hydrogelen erhöhte19. In einer anderen Studie wurden PEG-basierte Hydrogele mittels reaktivem Mikrokontaktdruck mit Goldnanopartikeln beschichtet40. Aufgrund der Wechselwirkungen von Thiolen und Gold konnten die Gold-Nanopartikel leichter auf Thiol-funktionalisierte PEG-Hydrogele übertragen werden und murinen Fibroblasten-L929-Zellen lagerten sich bevorzugt an der Nanopartikelschicht an. Cai et al. stellten PEG-Hydrogele durch nukleophile Thiol-In-Addition mit 4-armigen PEG-Alkinen und PEG-Thiolen her36. Sie ermittelten restliche Thiole in den vernetzten Hydrogelen, daher müssen freie Alkine vorhanden gewesen sein. Und sie nutzten die freien Alkine, um einen thiolhaltigen Farbstoff sowie ein antimikrobielles Peptid zu binden, verwendeten die Thiole jedoch nicht im Hydrogel.

In diesem Artikel befassen wir uns mit der Hypothese, ob das neu synthetisierte Isothiouronium-funktionelle Gruppen tragende Monomer 2-(11-(Acryloyloxy)-undecyl)isothiouroniumbromid (AUITB) bei der Bildung von Polymernetzwerken durch radikalische Vernetzung verwendet werden kann von PEGDA und erzeugen dadurch Isothiouronium-funktionelle Hydrogele. Anschließend wollen wir die Oberflächen- und Masseneigenschaften der Isothiouronium-funktionellen Hydrogele untersuchen, die hypothetisch in diesem Prozess erzeugt werden können, einschließlich der Prüfung ihrer Nützlichkeit als Adsorbentien oder antimikrobielle Materialien. Darüber hinaus möchten wir die Hypothese verfolgen, dass isothiouroniumfunktionelle Hydrogele genutzt werden können, um zugängliche Thiolgruppen in den Hydrogelen zu erzeugen, die eine Reaktivität in der Thiol-Michael-Reaktion zeigen. Abschließend würden wir untersuchen, ob die so eingeführten Thiole zur kovalenten Immobilisierung eines Enzyms in den Hydrogelen unter Beibehaltung seiner Aktivität verwendet werden können.

Folgende Chemikalien wurden von Merck KGaA (Darmstadt, Deutschland) gekauft: 2,2´-Azino-bis(3-ethylbenzothiazolin-6-sulfonsäure) (ABTS), flüssige Substratlösung, Ammoniumhydroxid (NH4OH) ~ 28–30 % NH3-Basis , Acryloylchlorid ≥ 97 %, deuteriertes Chloroform (CDCl3) 99,8 %, Diiodmethan 99 %, Ethanol (EtOH) absolut zur Analyse, Wasserstoffperoxid (H2O2) 30 %, Hydrochinon, 2-Hydroxy-4′-(2-hydroxyethoxy)- 2-Methylpropiophenon (Irgacure 2959), Poly(ethylenglykol)diacrylat (PEGDA) Mn ~ 700 g mol−1, Natriumhydroxid (NaOH), Natriummetabisulfit (Na2S2O5), Kaliumchlorid (KCl) zur Analyse, Triethylamin (TEA) ≥ 99,5 % und Trifluoressigsäure (TFA) für HPLC ≥ 99 %. Chloroform ≥ 99,8 % und Dichlormethan (DCM) ≥ 99,8 % wurden von Honeywell (Offenbach, Deutschland) bezogen. Technisches Aceton und Isopropanol wurden von der Brenntag GmbH (Essen, Deutschland) bezogen. Dimethylsulfoxid (DMSO) für die Synthese und Tetrahydrofuran (THF) für die HPLC wurden von ChemSolute® (Th.Geyer, Renningen, Deutschland) bezogen. 11-Brom-1-undecanol und Diclofenac-Natriumsalz (DSS) ≥ 98,0 % wurden von TCI GmbH (Eschborn, Deutschland) bezogen. Acetonitril, ROTISOLV® HPLC-Gradientenqualität, Natriumbicarbonat, Natriumchlorid und Trypton wurden von Carl Roth GmbH + Co. KG (Karlsruhe, Deutschland) bezogen. Ethylenglykol 99 % und Thioharnstoff wurden von Alfa Aesar (Kandel, Deutschland) bezogen. EZ-Link™ Maleimid-PEG11-Biotin und Hefeextrakt (Gibco) wurden von Thermo Fisher Scientific (Dreieich, Deutschland) bezogen. Andere Reagenzien wurden von den folgenden Unternehmen gekauft (in Klammern angegeben): Atto488 Maleimid (Atto-TEC GmbH, Siegen, Deutschland), BD Bacto Agar (BD Becton Dickinson GmbH, Heidelberg, Deutschland), deuteriertes Dimethylsulfoxid (DMSO-d6) 99,8 % (Deutero, Kastellaun, Deutschland), Ethylacetat für HPLC (VWR Chemicals, Darmstadt, Deutschland), Salzsäure (HCl) 37 % (Häberle Labortechnik GmbH & Co, Lonsee-Ettlenschieß, Deutschland), Magnesiumsulfat 99 % wasserfrei (abcr GmbH, Karlsruhe, Deutschland), Stickstoffgas (Air Liquide, Düsseldorf, Deutschland), Kaliumhydroxid (KOH) (AppliChem GmbH, Darmstadt, Deutschland), Streptavidin-gekoppelte Polymeerrettichperoxidase (SA-HRP, SDT-Reagenzien, Baesweiler, Deutschland) . Phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS, pH 7,2) wurde frisch mit 137 mM NaCl, 2,7 mM KCl, 1,5 mM KH2PO4 und 8,1 mM Na2HPO4 · 2 H2O in entionisiertem Wasser hergestellt. Acryloylchlorid wurde vor der Verwendung destilliert. Lysogeny Broth (LB)-Agar wurde mit 10 g L-1 Trypton, 5 g L-1 Hefeextrakt, 10 g L-1 NaCl und 15 g L-1 Agar hergestellt. Der pH-Wert wurde mit 1 N NaOH auf 7,0 eingestellt und der LB-Agar anschließend durch Autoklavieren sterilisiert. LB-Medium wurde mit 10 g L-1 Trypton, 5 g L-1 Hefeextrakt und 10 g L-1 NaCl hergestellt. Der pH-Wert wurde mit 1 N NaOH auf 7,0 eingestellt und das LB-Medium anschließend durch Autoklavieren sterilisiert.

5,00 g (19,9 mmol, 1,0 Äq.) 11-Brom-1-undecanol wurden in 70 ml Tetrahydrofuran (THF) gelöst und in einem Eisbad gekühlt. 3,33 ml (23,9 mmol, 1,2 Äq.) Triethylamin wurden zugegeben. Unter Argonatmosphäre wurden 1,93 ml (23,9 mmol, 1,2 Äq.) Acryloylchlorid in 30 ml THF gelöst und tropfenweise in den Kolben gegeben (ca. 1 Tropfen/3 s). Die Reaktionsmischung wurde undurchsichtig und wurde 40 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde filtriert und THF unter reduziertem Druck bei 160 mbar und 25 °C entfernt. 50 ml Dichlormethan (DCM) wurden zugegeben und die organische Phase wurde mit 50 ml einer 2 % w/v Natriumbicarbonatlösung (NaHCO3) extrahiert. Die organische Phase wurde mit Magnesiumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel unter reduziertem Druck von 400 mbar bei 25 °C entfernt. Das Produkt (beige bis gelbe Paste) wurde 2,5 Stunden lang unter Vakuum getrocknet. Neben 11-Bromundecylacrylat wurde auch 11-Hydroxylundecylacrylat erzeugt. Da dieser im zweiten Schritt nicht reagieren kann, wurde auf eine weitere Reinigung verzichtet. 82 % der Produktmischung (2,85 g) bestanden aus 11-Bromundecylacrylat in einer Ausbeute von 38 %.

1H-NMR von 11-Bromundecylacrylat (500 MHz, CDCl3): δ [ppm] = 1,35 (m, 14 H), 1,62–1,70 (m, 2 H), 1,80–1,89 (m, 2 H), 3,40 (t , J = 6,9 Hz, 2 H), 4,14 (t, J = 6,8 Hz, 2 H), 5,81 (dd, J = 10,4, 1,4 Hz, 1 H), 6,12 (dd, J = 17,3, 10,4 Hz, 1 H), 6,39 (dd, J = 17,3, 1,4 Hz, 1 H). Das 1H-NMR-Spektrum ist in Abbildung SI 1 dargestellt.

2,71 g der Produktmischung aus der vorherigen Reaktion, enthaltend 2,22 g (7,3 mmol, 1,0 Äq.) 11-Bromundecylacrylat, wurden in 44 ml EtOH gelöst. Eine Lösung von 0,024 g (0,2 mmol, 0,03 Äquivalente) Hydrochinon in 11 ml Ethanol und eine Lösung von 0,75 g (9,8 mmol, 1,35 Äquivalente) Thioharnstoff in 123 ml Ethanol wurden zugegeben. Die Mischung wurde 6 Stunden lang unter Rückfluss gerührt. EtOH wurde unter reduziertem Druck bei 100 mbar und 40 °C entfernt. Die Mischung wurde mit Chloroform (CHCl3) gewaschen und filtriert. CHCl3 wurde unter reduziertem Druck von 370 mbar bei 40 °C entfernt und der Rückstand im Vakuum getrocknet. Zur Ausfällung des Produkts (weißer Feststoff) wurde Ethylacetat zugegeben und durch Filtration entfernt. AUITB wurde über Nacht im Vakuum getrocknet und in einer Ausbeute von 36 % erhalten.

1H-NMR von AUITB (500 MHz, DMSO-d6): δ [ppm] = 1,13–1,43 (m, 14 H), 1,50–1,65 (m, 4 H), 3,13 (t, J = 7,3 Hz, 2 H) , 4,09 (t, J = 6,6 Hz, 2 H), 5,93 (dd, J = 10,3, 1,6 Hz, 1 H), 6,16 (dd, J = 17,3, 10,3 Hz, 1 H), 6,31 (dd, J = 17,3, 1,6 Hz, 1 H), 8,99 (s, 4 H).

13C-NMR von AUITB (126 MHz, DMSO-d6): δ [ppm] = 25,35, 27,77, 28,08, 28,34, 28,37, 28,62, 28,83, 28,86, 28,87, 30,11, 64,07, 128,41, 131,36 , 165,52, 169,93. Die NMR-Spektren sind in Abbildung SI 2 und Abbildung SI 3 dargestellt.

Elementaranalyse (%) berechnet für AUITB: C 47,24, H 7,66, N 7,35, S 8,41, Br 20,95, O 8,39; gefunden: C 47,37, H 7,69, N 7,43, S 8,34, Br 20,75.

Raman-Spektren von AUITB: \(\nu\) [cm−1] = 2846 (CH), 1714 (α,β-ungesättigter Ester), 1637 (NH2 oder C = C).

Proben aus Polyethylenglykoldiacrylat (PEGDA) wurden durch radikalische Vernetzung mit dem Photoinitiator Irgacure 2959 hergestellt. Für PEGDA-Proben ohne AUITB (PEGDA-0) wurde eine Vorläuferlösung aus 0,5 Gew.-% Irgacure 2959 und 99,5 Gew.-% PEGDA hergestellt und über Nacht unter Lichtschutz gemischt. Für funktionalisierte Proben wurden zwischen 0,1 Gew.-% und 3 Gew.-% AUITB in PEGDA gelöst und bei Bedarf zur Erleichterung der Auflösung zusätzlich auf 80 °C erhitzt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Dies führte zu einem Molverhältnis von AUITB und PEGDA zwischen 0,18 % und 5,7 %. Anschließend wurde Irgacure 2959 bis zu einer Endkonzentration von 0,5 Gew.-% zugegeben und über Nacht unter Lichtschutz gelöst. Die Zusammensetzung aller Hydrogel-Vorläuferlösungen ist in Tabelle SI 1 aufgeführt. AUITB-haltige Proben werden im Folgenden als PEGDA-0,1, PEGDA-0,5, PEGDA-1, PEGDA-2 und PEGDA-3 bezeichnet, wobei die Zahl den AUITB-Massenanteil bedeutet βAUITB in den Vorläuferlösungen. Siliziumwafer wurden mit Aceton, Isopropanol und entionisiertem Wasser gereinigt und nach jedem Reinigungsschritt mit Stickstoffgas getrocknet. Anschließend wurden die sauberen Wafer 40 Minuten lang bei 70 °C mit Wasserstoffperoxid und Ammoniumhydroxid im Volumenverhältnis 2:3 aktiviert. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur (RT) wurden die Wafer mit entionisiertem Wasser gespült und mit Stickstoffgas getrocknet. Quarzglasscheiben wurden mit Aceton und entionisiertem Wasser gespült. Die aktivierten Siliziumwafer wurden zur besseren Stabilität in Aluminiumformen überführt und darauf Silikonrahmen (Höhe 500 µm) platziert. Die PEGDA-Lösung wurde in den Rahmen gegossen und die Form mit der Quarzglasscheibe verschlossen. Die Lösung wurde nach einer Wartezeit von 5 h unter Lichtschutz (Strahlungsintensität 50 mW cm−2, Spektralbereich > 300 nm, mit einem Emissionsmaximum um ca. 365 nm) für 7,5 min mit UV-Licht vernetzt , sol2, Dr. Hönle AG). Für die Oberflächenanalyse wurde stets die den aktivierten Siliziumwafern zugewandte Hydrogeloberfläche untersucht. Für Adsorptionsmessungen wurden Vorläuferlösungen wie zuvor beschrieben mit 0,5 Gew.-% Irgacure 2959, βAUITB zwischen 1 Gew.-% und 3 Gew.-% und zwischen 98,5 Gew.-% und 96,5 Gew.-% PEGDA hergestellt (Tabelle SI 1). Nach dem Mischen wurde die PEGDA-Lösung in eine zylindrische Aluminiumform (Durchmesser 30 mm, Höhe 1 mm) gegossen, mit einer Quarzglasscheibe abgedeckt und anschließend 7,5 min lang durch UV-Bestrahlung vernetzt. Vor weiteren Experimenten mit den Proben wurden diese übermäßig gewaschen und gequollen, wie in den entsprechenden Abschnitten unten erläutert.

Raman-Spektren (inVia™ Raman-Mikroskop, Qontor®, Renishaw plc) wurden von AUITB, nicht umgesetztem PEGDA, einer PEGDA-0-Probe und einer PEGDA-3-Probe aufgezeichnet, um zu bewerten, ob das Monomer den Vernetzungsprozess von PEGDA störte wenn es möglich wäre, die Isothiouroniumgruppen von AUITB nachzuweisen. Die Proben wurden nach 72-stündigem Quellen in Wasser und Trocknen unter vermindertem Druck von ca. 10 bar gemessen. 50 mbar für 24 h bei 60 °C (VDL 53, Binder GmbH). Zur Aufnahme der Spektren wurden ein 532 nm Laser und das Objektiv Leica 50x/0,5/8,2 mm verwendet. Basiskorrekturen der Spektren wurden mit einer selbstimplementierten Version eines modifizierten Polynomanpassungsalgorithmus nach Lieber & Mahadevan-Jansen im Wellenzahlbereich von 700 bis 3700 cm−1 (Python 3.8, Anaconda 3)41 durchgeführt. Alle Spektren wurden normalisiert und Maxima der Banden wurden mit OriginPro 2019b von OriginLab identifiziert.

Zur Bestimmung des Gleichgewichtsgrads der Quellung (EDS) und der Gelausbeute (Yg) wurden nach der Vernetzung rechteckige Proben in der Größe 1 cm × 2 cm ausgestanzt. Der EDS wurde mit der folgenden Gleichung berechnet:

mswollen ist die Masse der Hydrogele nach dem Quellen in Wasser für 72 Stunden, wobei das Wasser alle 24 Stunden ersetzt wird, und mdry ist die Masse der Proben nach dem Trocknen unter reduziertem Druck von ca. 50 mbar bei 60 °C für 24 h (VDL 53, Binder GmbH).

Die Gelausbeute (Yg) wurde wie folgt bestimmt:

Dabei ist mpol die Masse der Proben direkt nach der Vernetzung.

Zur Abschätzung der Maschenweite von PEGDA-0-Proben wurde zunächst der Gleichgewichts-Polymervolumenanteil ϕ der Hydrogele berechnet durch:

In dieser Gleichung ist Vdry das Volumen des getrockneten Hydrogels, Vswollen das Volumen des gequollenen Hydrogels, ρPEGDA die Dichte von PEGDA (1,12 g cm−3)42 und ρH20 die Dichte von Wasser, die mit 1,0 g angenommen wurde cm−3. Aus ϕ wurde die Molmasse Mc zwischen Vernetzungen der Hydrogelnetzwerke mithilfe der Flory-Rehner-Gleichung 43,44 geschätzt:

Hier ist Mn die zahlenmittlere Molmasse der PEGDA-Polymere vor der Vernetzung, χ = 0,426 ist der Flory-Huggins-Wechselwirkungsparameter von PEGDA mit Wasser45, M1 = 18,01 g mol−1 ist die Molmasse von Wasser und ϕ0 ist der Polymervolumenanteil in den Hydrogelen vor dem Quellen. Für die in dieser Studie hergestellten Proben wurde während der Vernetzung kein zusätzliches Lösungsmittel verwendet und ϕ0 betrug 1. Zur Schätzung der Maschengröße der von Tan et al. hergestellten Hydrogele wurde der angegebene ϕ0 von 0,2 mit einem EDS von 9,27 verwendet15.

Die pH-abhängigen Kurven des Zetapotentials der Hydrogeloberflächen wurden mit einem elektrokinetischen Analysegerät (Surpass™, Anton Paar GmbH) gemessen. Alle Proben wurden in der Größe 1 cm × 2 cm ausgestanzt und zur Äquilibrierung 72 Stunden lang in 1 mM KCl gewaschen und gequollen. Nachdem die restliche Lösung mit einem Filterpapier entfernt worden war, wurden sie mit doppelseitigem Klebeband (tesafix® 4965 Original) auf Probenhaltern befestigt und überschüssiges Hydrogelmaterial wurde verworfen. Die Probenhalter wurden in der Zelle mit einstellbarem Spalt montiert, die im elektrokinetischen Analysator montiert war. Die frisch zubereitete Elektrolytlösung bestehend aus 1 mM KCl wurde wie vom Hersteller empfohlen mit Stickstoffgas gespült. Das pH-abhängige Zetapotential wurde durch Messung des Strömungsstroms im pH-Bereich von ca. 2,5 bis 10,4 unter Verwendung von 0,1 M HCl und 0,1 M KOH, gemessen vom sauren bis zum basischen pH-Wert, mit einem Probenspalt zwischen 100 µm und 120 µm bestimmt. Als isoelektrischer Punkt der Probe wurde der pH-Wert herangezogen, bei dem das Zetapotential 0 mV betrug. Es wurde entionisiertes Wasser mit einer Leitfähigkeit von 0,055 µS cm−1 (arium® pro, Sartorius AG) verwendet.

Die Wasserkontaktwinkel (WCA) und die freie Oberflächenenergie (SE) wurden mittels Videoanalyse (DataPhysics Instruments GmbH, OCA 40) gemessen. Proben wurden in der Größe 1 cm × 2 cm ausgestanzt und der WCA mit vier Tropfen 2 µL entionisiertem Wasser mit der Methode des sessilen Tropfens (SD) gemessen. Anschließend wurden die Videos analysiert und zum Vergleich der Zeitpunkt 1 s gewählt. Das gleiche Verfahren wurde für Hydrogele durchgeführt, die 72 Stunden lang in entionisiertem Wasser gequollen wurden.

Die SE der Proben wurde durch Kontaktwinkelmessung mit den drei Flüssigkeiten entionisiertem Wasser bestimmt (nach Ström et al.: SE = 72,8 mN m−1, polarer Anteil (σp) = 51,0 mN m−1, disperser Anteil (σd) = 21,8 mN m−1)46, Diiodmethan (nach Ström et al.: SE = 50,8 mN m−1, σp = 0,0 mN m−1, σd = 50,8 mN m−1)46 und Ethylenglykol (nach Gebhardt). : SE = 47,7 mN m−1, σp = 21,3 mN m−1, σd = 26,4 mN m−1)47. Wie zuvor wurde ein Video aufgenommen und die Werte nach 1 s analysiert. Das Tropfenvolumen betrug ebenfalls 2 µL und pro Probe wurden vier Tropfen abgemessen. Die SE wurde dann mit dem Owens-Wendt-Rabel-Kälble (OWRK)-Modell48,49,50 bestimmt.

Für Captive-Bubble-Messungen (CB) wurden Hydrogele 72 Stunden lang in entionisiertem Wasser gequollen. Restliches Wasser wurde mit einem Filterpapier entfernt, Hydrogele wurden mit doppelseitigem Klebeband (tesafix® 4965 Original) auf Deckgläsern befestigt und in eine mit entionisiertem Wasser gefüllte Schüssel gegeben. Der Kontaktwinkel einer von einer J-förmigen Kanüle freigesetzten Luftblase (10 µL) wurde gemessen und der entsprechende WCA bestimmt. Pro Probe wurden drei Blasen gemessen.

Mögliche antibakterielle Eigenschaften der Hydrogele wurden gemäß ISO 22.196 mit Escherichia coli (E. coli) DSM 1576 bewertet. PEGDA-0- und PEGDA-2-Proben, beide n = 2, in der Größe 2 cm × 2 cm, sowie Kunststofffolien in der entsprechenden Größe wurden durch UV-Behandlung (Bio-Link BLX-312, Vilber) mit 254 nm und 0,48 mW cm-2 für 20 Minuten bzw. 3 Stunden sterilisiert. Die Bakterien wurden über Nacht bei 35 °C ± 1 °C auf LB-Agar inokuliert und die Vorkultur wurde über Nacht in LB-Medium bei 35 °C ± 1 °C gezüchtet. Die Bakteriensuspensionen wurden auf eine Konzentration von 6 × 105 koloniebildenden Einheiten (KBE) ml−1 verdünnt. 300 µL der Suspension wurden auf die Probenoberflächen gegeben und die Kunststofffolien darauf gelegt. Die Bakterien wurden mit 10 ml PBS entweder direkt (0 h) oder nach 24 h Inkubation (24 h) bei 35 °C ± 1 °C von den Oberflächen und den Filmen abgewaschen. Die Bakteriensuspension wurde in PBS in zwei Konzentrationen verdünnt und jeweils auf LB-Agar (n = 3) ausplattiert. Die Agarplatten wurden 24 Stunden lang bei 35 °C ± 1 °C inkubiert und die KBE gezählt.

Direkt nach der Vorbereitung wurden Proben mit einem Durchmesser von 8 mm ausgestanzt und gewogen (mpol). Die Hydrogele wurden gewaschen und 24 Stunden lang in entionisiertem Wasser gequollen. Die gequollenen Hydrogele wurden zur Bestimmung der Adsorptionsisothermen in 4 ml wässrige Diclofenac-Natriumsalzlösung (DSS) mit Anfangskonzentrationen c0 zwischen 0 und 1 mg mL−1 und in 4 ml DSS-Lösung mit einer Konzentration c0 = 0,1 mg getaucht mL−1 für die Adsorptionskinetik. Die Hydrogele in DSS-Lösung wurden für die Adsorptionsisothermen 72 Stunden lang und für eine bestimmte Zeit für die Adsorptionskinetik bei 45 U/min und 20 °C gerührt. Nach dieser Zeit wurde ein Teil des Überstands in HPLC-Fläschchen überführt. Die Diclofenac-Konzentrationen ce wurden mittels HPLC (Shimadzu Deutschland GmbH) unter Verwendung eines isokratischen Flusses von 1 mL min−1 eines Lösungsmittelgemisches bestehend aus 55 % entionisiertem Wasser (mit 0,05 % TFA) und 45 % Acetonitril bestimmt. Es wurde ein Volumen von 10 µL injiziert. Alle Messungen wurden bei 40 °C durchgeführt. Für die Trennung wurde eine Reversed Phase ReproSil™ XR C18 5 µm Säule (Dr. Maisch GmbH) verwendet. Kalibrierungsmessungen wurden mit zwölf Standardlösungen von DSS mit Konzentrationen zwischen 0 und 1 mg mL−1 durchgeführt. Die Auswertung der Chromatogramme erfolgte durch Messung der UV-Absorption bei 275 nm. Um die Diclofenac-Konzentration jeder Probe zu bestimmen, wurden die Diclofenac-Peaks zwischen einer Retentionszeit von 9,1 min und 10,3 min integriert. Die pro Masse Hydrogel enthaltene Menge ae an Diclofenac wurde durch die gemessene Konzentration ce im Überstand as bestimmt

Md ist die Molmasse von DSS (318,13 g mol−1). Die resultierenden Adsorptionsdaten wurden mit gängigen Adsorptionsmodellen beschrieben. Mit dem Langmuir-Adsorptionsmodell wird die Konzentration qe des am Hydrogel-Polymernetzwerk adsorbierten Diclofenacs beschrieben durch:

qm ist die maximale Adsorptionskapazität des Hydrogel-Polymernetzwerks, Ks ist das Verhältnis der Adsorptions- und Desorptionsgeschwindigkeitskonstanten. Darüber hinaus ist Diclofenac auch im Wasser vorhanden, das das Quellmedium des Hydrogelnetzwerks darstellt, sodass die Gesamtkonzentration von Diclofenac im Hydrogel wie folgt beschrieben wird:51

φΗ2Ο ist der Wasservolumenanteil (\({\varphi }_{\mathrm{H}2\mathrm{O}}=1-\phi\)) und ρH die Dichte des Hydrogels. Der Verteilungskoeffizient k ist definiert als das Verhältnis der Adsorbatkonzentration im Hydrogel zur Gleichgewichtskonzentration im Überstand:

Verstärkungsfaktoren können als Verhältnis der tatsächlich gemessenen Verteilungskoeffizienten und der idealen Verteilungskoeffizienten berechnet werden, die dem Wasservolumenanteil der Gele entsprechen52.

Hydrogele wurden mindestens 16 Stunden lang in entionisiertem Wasser gequollen. Um die Isothiouroniumgruppen zu Thiolen zu reduzieren, wurden Hydrogele in der Größe 1 cm × 2 cm ausgestanzt und in 5 ml 1 M Natriummetabisulfitlösung (Na2S2O5) überführt und die Lösung 5 Stunden lang auf 60 °C erhitzt. Diese behandelten Hydrogele werden im Folgenden PEGDA-T-Hydrogele genannt. Unbehandelte Kontrollproben wurden 5 Stunden lang bei RT in 5 ml frischem entionisiertem Wasser gequollen (PEGDA-NT-Hydrogele). Nach dem Abkühlen auf RT wurden die Überstände verworfen und die Proben kurz mit 5 ml PBS gewaschen. Von diesem Moment an wurden alle Hydrogele mindestens 5 × für 30 Minuten mit PBS gewaschen, bis der pH-Wert der Waschlösung etwa 1 betrug. 7.2.

Die Fluoreszenzfärbung mit einem Maleimidfarbstoff wurde durchgeführt, nachdem die Hydrogele über Nacht in frischem PBS aufbewahrt wurden. Die Hydrogele wurden in Scheiben mit einem Durchmesser von 8 mm ausgestanzt. Nach einem weiteren Waschschritt mit PBS wurden die Hydrogele mit dem Maleimid-Fluorophor Atto488 gefärbt, indem sie 2 Stunden lang in 2 ml einer 25 µM Färbelösung (erhalten durch Verdünnen einer 1 mM Stammlösung in DMSO 1:40 mit entionisiertem Wasser) getaucht wurden RT unter Lichtschutz. Anschließend wurden die Hydrogele kurz in PBS gewaschen und dann 30 Minuten lang 7 × in PBS gewaschen und anschließend in PBS aufbewahrt. Alle Waschschritte wurden unter Lichtschutz durchgeführt. Zur Untersuchung der Hydrogele wurde ein konfokales Laser-Scanning-Mikroskop (LSM) (LSM 710, AxioObserver, Carl Zeiss) mit dem Objektiv Zeiss EC Plan-Neofluar 10x/0,30 M27 verwendet. Die Mikroskopeinstellungen wurden für jede Probe identisch gehalten und Z-Stapel wurden mit dem Argon 488 nm Laser erzeugt. Die Daten wurden in eine 2D-Maximum-Intensitäts-Projektion (MIP) umgewandelt und die mittlere Fluoreszenzintensität des MIP wurde mit Fiji (2.1.0)53 bestimmt.

Nach den Waschschritten mit PBS wurden die PEGDA-0NT-, PEGDA-0T-, PEGDA-2NT- und PEGDA-2T-Hydrogele in der Größe von 8 mm ausgestanzt und in eine 24-Well-Platte gegeben. Ein Maleimid-PEG11-Biotin-Linker in einer 250 mM Stammlösung in DMSO wurde durch Zugabe von PBS weiter auf eine Konzentration von 5 µM verdünnt. 500 µL der Lösung wurden zu einer Hälfte der Hydrogele gegeben, die andere Hälfte wurde in PBS eingetaucht. Die Hydrogele wurden 5 Stunden lang bei RT gerührt. Anschließend wurden sie kurz in PBS gewaschen und dann 30 Minuten lang 7x in PBS gewaschen und über Nacht bei 4 °C aufbewahrt. Eine Lösung von 2,5 µg mL-1 Streptavidin-gekoppelter Meerrettichperoxidase (SA-HRP) in PBS in einem Volumen von 500 µL wurde 5 Stunden lang bei 4 °C zu jedem der Hydrogele gegeben. Die Hydrogele wurden kurz in PBS gewaschen und erneut 7 × für 30 Minuten bei 4 °C gewaschen. In jede Vertiefung wurden 500 µL ABTS-Lösung gegeben und die Absorption bei 405 nm für ca. 10 Minuten gemessen. 30 Minuten. Als Blindprobe dienten PEGDA-0NT-Hydrogele ohne Zusatz des Linkers.

Für die statistische Analyse mit OriginPro 2019b (OriginLab) wurden eine ein- oder zweiseitige Varianzanalyse (ANOVA) mit dem Bonferroni-Post-hoc-Test verwendet. Bei p-Werten < 0,05 wurden die Mittelwerte als signifikant unterschiedlich angesehen. Mit Ausnahme des antibakteriellen Tests wurde jedes Experiment unabhängig voneinander mindestens dreimal mit unabhängigen Probenvorbereitungen wiederholt.

Die Synthese des Monomers AUITB basiert auf einer zweistufigen Reaktion (Abb. 1a). Im ersten Schritt wurde 11-Bromundecylacrylat durch Acrylierung von 11-Brom-1-undecanol mit Acryloylchlorid synthetisiert. Als Nebenprodukt entstand 11-Hydroxyundecylacrylat. Allerdings war dieses Nebenprodukt, dem die elektrophile Bromalkan-Einheit fehlte, unter den Reaktionsbedingungen im zweiten Schritt der Reaktion nicht reaktiv, weshalb keine weitere Reinigung durchgeführt wurde. Im zweiten Schritt wurde AUITB durch eine nukleophile Substitution mit Thioharnstoff synthetisiert. Die Spektraldaten deuteten auf eine erfolgreiche Synthese des Monomers AUITB hin. Die 1H-NMR-Signale der Isothiouroniumgruppe bei 8,99 ppm stimmten mit früheren Berichten überein54,55,56,57. Das Raman-Spektrum zeigte die typische Streckschwingung der CH-Bindung in der Alkylkette zwischen 2800 und 3000 cm−1 (Abb. 1d). Die Bande bei 1714 cm−1 war mit dem α,β-ungesättigten Ester im Molekül verbunden. Die Bande bei 1637 cm−1 hing mit der Streckschwingung der C=C-Doppelbindung zusammen. Im gleichen Wellenzahlbereich ist auch die Bande der N-H-Bindung lokalisiert58. AUITB war in Chloroform, Dimethylsulfoxid, Ethanol und auch in reinem PEGDA löslich, jedoch unlöslich in Wasser. Daher wurden Lösungen von AUITB in PEGDA für die anschließende Hydrogelherstellung verwendet.

Hydrogel-Herstellung und Bewertung des Vernetzungsprozesses. (a) Synthese von 2-(11-(Acryloyloxy)undecyl)isothiouroniumbromid (AUITB). Erster Schritt: Synthese von 11-Bromundecylacrylat durch Acrylierung von 11-Brom-1-undecanol mit Acryloylchlorid. Zweiter Schritt: Synthese von AUITB durch nukleophile Substitution mit Thioharnstoff. TEA: Triethylamin, THF: Tetrahydrofuran, RT: Raumtemperatur, EtOH: Ethanol. (b) Vorbereitung der Proben: 1. Pipettieren der Vorläuferlösung auf einen aktivierten Siliziumwafer. 2. Verschließen der Form mit einer Quarzglasscheibe. 3. Vernetzung der Probe durch UV-Bestrahlung. 4. Entnahme der Probe aus der Form. (c) Gleichgewichtsgrad der Schwellung (EDS) in Grau und Gelausbeute (Yg) in Blau von PEG-basierten Hydrogelen in Abhängigkeit vom Massenanteil βAUITB von AUITB, der während der Probenvorbereitung verwendet wurde. Hydrogele wurden 72 Stunden lang in entionisiertem Wasser gequollen. Die Ergebnisse werden für PEGDA-0 (EDS: n = 10, Yg: n = 8), PEGDA-1 (EDS: n = 5, Yg: n = 3), PEGDA-2 (EDS: n = 6, Yg: n = 4) und PEGDA-3 (EDS: n = 5, Yg: n = 4) Hydrogele. (d) Raman-Spektren von AUITB, nicht umgesetztem PEGDA, einer PEGDA-0-Probe und einer PEGDA-3-Probe. Hydrogelproben wurden vor der Aufnahme der Spektren gewaschen und getrocknet.

PEGDA-Proben mit und ohne das Monomer AUITB wurden durch radikalische Vernetzung in Formen hergestellt (Abb. 1b). Zunächst wurde bewertet, ob die Integration von AUITB den Vernetzungsprozess von PEGDA beeinträchtigte. Hierzu wurden die Gleichgewichtsquellgrade (EDS) und die Gelausbeuten (Yg) untersucht. Abbildung 1c zeigt Yg und EDS als Funktion des Massenanteils βAUITB von AUITB, der während der Probenvorbereitung für die Proben PEGDA-0, PEGDA-1, PEGDA-2 und PEGDA-3 verwendet wurde. Sowohl Yg als auch EDS waren für die verschiedenen Hydrogelzusammensetzungen vergleichbar. Die Mittelwerte von Yg lagen zwischen 0,97 und 0,99, was für alle Proben auf eine nahezu quantitative Integration aller Ausgangsmaterialien in das Polymernetzwerk hinweist. Der EDS lag zwischen 0,52 und 0,54 und war dem von Mellott et al. berichteten EDS von 0,49 sehr ähnlich. für mit PEGDA hergestellte Kugeln (Mn = 575 g mol−1)14.

Es ist interessant festzustellen, dass die Einführung des geladenen Monomers AUITB die Quelleigenschaften im Gegensatz zu unseren Erwartungen und früheren Studien mit Monomeren, die ionische Gruppen tragen, nicht wesentlich veränderte. Beispielsweise haben Tan et al. stellten PEGDA-Hydrogele (Mn = 4000 g mol−1) mit dem Monomer 2-(Methacryloyloxy)ethyltrimethylammoniumchlorid (MAETAC) mit einer quartären Ammoniumgruppe her15. Ihre Lösungen enthielten vor dem Aushärten 20 % w/v PEGDA, was zu einem EDS von 9,3 ohne MAETAC und zu einem EDS von 15,6 mit ca. 20,8 Gew.-% MAETAC bezogen auf die Masse von PEGDA. Es gibt jedoch wichtige Unterschiede zwischen unseren Experimenten und den von Tan et al. beschriebenen Daten. Mit bis zu 3 Gew.-% AUITB in unserer Vorläuferlösung ist der Anteil des funktionellen Monomers viel geringer. Das Molverhältnis von AUITB und PEGDA betrug daher bis zu 5,7 %. Unter Berücksichtigung der zwei polymerisierbaren Gruppen pro PEGDA-Molekül ergibt sich ein theoretischer Anteil an Isothiouronium-funktionalisierten Wiederholungseinheiten im Polyacrylat-Rückgrat von 2,8 %. Außerdem verfügt AUITB im Gegensatz zu MAETAC über eine hydrophobe Alkylkette, die das EDS wahrscheinlich eher verringert. Darüber hinaus betrachten wir einen der Hauptunterschiede in der Vernetzungsdichte der reinen PEGDA-Hydrogele. Unter Verwendung von Gl. 4 Um die Molmasse zwischen Vernetzungen abzuschätzen, erhält man für unsere Proben einen Wert von 48 g mol−1, was nahe an einer Wiederholungseinheit des PEG-Rückgrats liegt, im Gegensatz zu einem Wert von 1145 g mol−1 für Proben von Tan et al. Daher enthalten unsere Hydrogele dicht vernetzte Polymernetzwerke, die auch nach Zugabe von AUITB nur sehr begrenzte Möglichkeiten zur Netzwerkausdehnung bieten. Daher legen die EDS-Daten in Kombination mit den Yg-Daten nahe, dass AUITB den Vernetzungsprozess von PEGDA für die getesteten Konzentrationen nicht beeinträchtigte.

Um diesen Befund zu bestätigen, wurden Raman-Spektren von AUITB, nicht umgesetztem PEGDA, einer PEGDA-0-Probe und einer PEGDA-3-Probe aufgenommen. Die Spektren sind in Abb. 1d dargestellt.

Alle Spektren hatten die charakteristischen Banden der Streckschwingungen der CH-Bindung zwischen 2600 und 3000 cm−1. Die Bande > 3000 cm−1 im Spektrum des nicht umgesetzten PEGDA resultiert aus der CH-Streckschwingung an der Doppelbindung. Auch dieses Spektrum wies eine starke Bande mit einem Peak bei 1637 cm−1 auf, die der C=C-Doppelbindung zugeordnet werden kann. Die Spektren der vernetzten PEGDA-0- und PEGDA-3-Proben waren vergleichbar und zeigten eine nahezu verschwundene Bande um 1600 cm−1. Dies weist darauf hin, dass die Vernetzung der Proben erfolgreich war, einschließlich des Verbrauchs der C=C-Doppelbindung, und dass die Integration des Monomers in die Vorläuferlösung den Vernetzungsprozess nicht beeinträchtigte. Leider war im PEGDA-3-Spektrum kein direkter Beweis für die erfolgreiche Integration von AUITB sichtbar, wahrscheinlich aufgrund des eher kleinen βAUITB. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Raman-Spektren auch darauf hinweisen, dass die Vernetzung von PEGDA-Hydrogelen durch die Zugabe von AUITB nicht beeinträchtigt wurde.

Um weiter zu beurteilen, ob die Funktionalisierung der PEGDA-Hydrogele mit AUITB nachweisbar und erfolgreich war, wurden ihre isoelektrischen Punkte (IEP), d. h. der pH-Wert, bei dem die Nettoladung Null ist, durch Messung des Zetapotentials als Funktion des pH-Werts untersucht Wert (Abbildung SI 4). In Abb. 2a („Original“) sind die IEPs von Proben mit βAUITB zwischen 0 Gew.-% und 3 Gew.-% dargestellt. Um die Messungen zu erleichtern, wurden die Hydrogele nach dreitägiger Vernetzung in 1 mM KCl gequollen, erhielten ansonsten aber keine chemische Behandlung. Im Allgemeinen stieg der IEP der Hydrogele mit steigendem βAUITB. Ihre IEPs lagen zwischen 4,5 ± 0,1 (PEGDA-0) und 9,0 ± 0,1 (PEGDA-2). Für die nicht funktionalisierte Oberfläche der PEGDA-0-Proben ergibt sich ein IEP von ca. 4 wurde erwartet59. Es wurde bereits berichtet, dass der IEP von Hydrogelen auf PEG-Basis in diesem pH-Bereich liegt60,61,62, was wahrscheinlich auf die Adsorption von Hydroxidionen an der Oberfläche zurückzuführen ist61,63,64. Mit steigendem βAUITB verschob sich der IEP zu Werten im basischen pH-Bereich. Wenn eine feste Oberfläche nur eine funktionelle Gruppe aufweist, hängt der IEP dieser Oberfläche Berichten zufolge eng mit dem pKa-Wert dieser Gruppe zusammen59. Es wird erwartet, dass der pKa-Wert von Isothiouroniumgruppen im basischen Bereich liegt65,66,67. Für Isothiouronium-funktionalisierte Nanopartikel wurde ein IEP von 10,2 berichtet27. Diese Ergebnisse stimmen mit dem IEP überein, das für den höheren βAUITB von 2 Gew.-% und 3 Gew.-% gemessen wurde. Daher legen die Ergebnisse nahe, dass die Funktionalisierung der PEGDA-Hydrogele zu einer Oberflächenladung führte und dass die Menge an Isothiouroniumgruppen in den Proben mit dem während der Vorbereitung verwendeten βAUITB korrelierte.

Charakterisierung der Isothiouronium-funktionellen Hydrogele. (a) Isoelektrische Punkte (IEP) in Abhängigkeit vom Massenanteil βAUITB von AUITB, der während der Probenvorbereitung verwendet wird. Die Ergebnisse werden für die Hydrogele PEGDA-0, PEGDA-0.1, PEGDA-0.5, PEGDA-1, PEGDA-2 und PEGDA-3 angezeigt (n = 3). Hydrogele wurden nach der Vernetzung entweder in 1 mM KCl gequollen (Original) oder mit 1 M Na2S2O5 behandelt und anschließend in 1 mM KCl aufbewahrt (behandelt). Symbolerklärung: *** deutlich anders als PEGDA-0-Hydrogele (p < 0,001); ^^ signifikanter Unterschied zu PEGDA-1-Hydrogelen (p < 0,01), °°° signifikante Unterschiede zwischen Probenbehandlungen (p < 0,001). (b) Wasserkontaktwinkel in Abhängigkeit von βAUITB trockener und gequollener Proben, gemessen mit der Methode des sessilen Tropfens (SD) oder der gefangenen Blase (CB) (n = 3, SD-Methode PEGDA-2, n = 4). Symbolerklärung: °°° signifikante Unterschiede zwischen den Methoden (p < 0,001). (c) und (d) Diclofenac-Adsorption in Isothiouronium-funktionellen Hydrogelen. (c) Diclofenac-Konzentrationen, adsorbiert in den Hydrogelen PEGDA-0, PEGDA-1, PEGDA-2 und PEGDA-3, bestimmt für verschiedene Gleichgewichtsüberstandskonzentrationen von Diclofenac. Die experimentellen Datenpunkte wurden mit einem modifizierten Langmuir-Modell gemäß Gl. angepasst. 7 (durchgezogene Linien). (d) Verstärkungsfaktoren E von Diclofenac in den getesteten Proben. Die Datenpunkte wurden mit Gl. berechnet. 9 mit den experimentellen Werten von ae und ce, und die durchgezogenen Linien wurden mit derselben Gleichung berechnet, indem ae mit den in Tabelle 1 gezeigten Anpassungsergebnissen ausgedrückt wurde.

Um die Wirkung der AUITB-Zugabe zu den Hydrogelen weiter zu bewerten, wurden Kontaktwinkelmessungen durchgeführt. Es ist denkbar, dass aufgrund der amphiphilen Struktur von AUITB bei der AUITB-Integration entweder hydrophilere oder hydrophobere Oberflächeneigenschaften erzeugt werden. Daher wurden zunächst die Wasserkontaktwinkel (WCA) von trockenen und gequollenen Proben in Kontakt mit Luft mit der Methode des sessilen Tropfens (SD) gemessen (Abb. 2b). Für trockene PEGDA-0-Proben wurde ein WCA von 48,4° ± 1,8° gemessen, während die PEGDA-3-Proben einen WCA von 56,2° ± 0,4° aufwiesen. Darüber hinaus hatten gequollene PEGDA-0-Hydrogele einen WCA von 44,7° ± 2,4° und gequollene PEGDA-3-Hydrogele einen WCA von 49,9° ± 3,0°. Somit gab es eine Tendenz zu steigenden WCAs mit zunehmendem βAUITB, was auf hydrophobere Oberflächen schließen lässt, was wahrscheinlich auf die hydrophobe Alkylkette von AUITB zurückzuführen ist. Dieses Ergebnis wurde durch die Messung der Oberflächenenergien (SE) der trockenen Proben gestützt (Abbildung SI 5). Alle Proben hatten eine vergleichbare SE zwischen 51 und 53 mN m−1, was den Vergleich der polaren und dispersen Anteile ermöglichte. Mit zunehmendem βAUITB wurde eine Tendenz zu abnehmenden polaren Anteilen festgestellt. PEGDA-3-Proben hatten polare Anteile von 12,7 mN m−1 ± 0,2 mN m−1 im Vergleich zu PEGDA-0-Proben mit 15,6 mN m−1 ± 0,6 mN m−1.

Interessanterweise wurde jedoch ein anderes Ergebnis erzielt, wenn die WCAs mit der Captive-Bubble-Methode (CB) gemessen wurden, bei der die Proben in Wasser getaucht werden. Die CB-Messungen ergaben ähnliche Kontaktwinkel der PEGDA-0-Hydrogele im Vergleich zu den SD-Messungen gequollener PEGDA-0-Hydrogele mit 45,4° ± 0,5°. Im Gegensatz zu den SD-Daten nahm der WCA mit steigendem βAUITB ab, sodass PEGDA-3-Hydrogele einen WCA von 34,6° ± 2,7° aufwiesen. Wir führen diese Beobachtung auf eine veränderte Orientierung der Isothiouroniumgruppen in in Wasser getauchten Proben zurück. Dies ist möglich, weil die Isothiouroniumgruppen an die flexible Alkylkette gebunden sind, die je nach umgebendem Medium ihre Konformation ändern kann. Bei Kontakt mit der unpolaren Luft wird die Alkylkette der Probenoberfläche ausgesetzt, während bei Kontakt mit Wasser die ionische Isothiouroniumgruppe präsentiert wird. Über einen ähnlichen Effekt der durch das umgebende Medium induzierten Neuorientierung von Seitenketten wurde zuvor von Yokoyama et al.68 berichtet. Sie mischten ein Blockcopolymer aus deuteriertem Polystyrol (dPS) und 2-[2-(2-Methoxyethoxy)-ethoxy]ethylmethacrylat (PME3MA) mit Polystyrol (PS) und maßen mit zunehmender Konzentration verringerte Vor- und Rücklaufkontaktwinkel und eine höhere Hysterese dPS-PME3MA in PS. Sie vermuteten, dass dieser Effekt auf die Oberflächenrekonstruktion der hydrophilen Teile von PME3MA zurückzuführen ist, die eine Bürstenschicht auf PS bilden können. Bei Lufteinwirkung befanden sich die Methyltermini an der Oberfläche68. Diese Reorganisationen der Oberfläche finden wahrscheinlich statt, um die freie Grenzflächenenergie zu senken68,69,70.

Tatsächlich umfasste unsere Methode zur Vorbereitung der Proben den Kontakt der analysierten Oberfläche mit einer hydrophilen Siliziumoberfläche. Der Grund dafür war, dass die Isothiouroniumgruppen auf den Probenoberflächen vorhanden sein sollten. Die WCA-Messungen bestätigen nun diesen Ansatz. Eine ähnliche Methode wurde zuvor von Bongiovanni et al. beschrieben. die Acrylfilme herstellten und Acrylmonomere mit unterschiedlich langen Alkylketten zu einem Epoxidacrylharz hinzufügten71. Während der Vernetzung dieser Filme wurde eine Seite einer inerten Atmosphäre und die andere Seite einem Glassubstrat ausgesetzt. Sie berichteten über eine asymmetrische Verteilung der Monomere in Abhängigkeit von der Alkylkettenlänge und der Monomerkonzentration und stellten zunehmende fortschreitende Kontaktwinkel auf der zur inerten Atmosphäre gerichteten Filmseite fest. Daraus schließen wir, dass die Kombination unseres Probenvorbereitungsverfahrens und eines polaren Umgebungsmediums wie Wasser die Isothiouroniumgruppen auf den Probenoberflächen zugänglich macht, wie auch die oben beschriebenen IEP-Daten nahelegen. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse auch auf eine vergleichbare Oberflächendichte von Isothiouroniumgruppen für PEGDA-2- und PEGDA-3-Hydrogele hin.

Zusätzlich wurden potenzielle antibakterielle Eigenschaften der Hydrogeloberflächen für PEGDA-2- und PEGDA-0-Hydrogele mit dem bakteriellen Referenzstamm E. coli DSM 1576 gemäß ISO 22.196 unter statischen Bedingungen bewertet (Abbildung SI 6). Vergleichbare KBE ml-1 von E. coli wurden auf die Hydrogeloberflächen ausgesät, mit (185 ± 41) KBE-ml-1 für PEGDA-0- und (177 ± 22) KBE-ml-1 für PEGDA-2-Hydrogele. Nach 24 Stunden Kontaktzeit mit den Proben wurden (520 ± 117) CFU ml-1 auf PEGDA-0-Hydrogelen und (395 ± 49) CFU ml-1 auf PEGDA-2-Hydrogelen gezählt, was eine leichte Tendenz zu weniger Bakterien auf PEGDA zeigt -2 Hydrogele. Die Wirkung von Isothiouroniumgruppen auf Bakterien wurde zuvor von Cohen et al. untersucht. Verwendung eines Verfahrens unter dynamischen Bedingungen27. Sie fügten Bakteriensuspensionen, darunter E. coli, Polyisothiouroniummethylstyrol-Nanopartikel hinzu und demonstrierten die antibakteriellen Eigenschaften der Nanopartikel. Unsere Daten deuten nicht auf eine ausgeprägte antibakterielle Wirkung hin. Da die Bakterien vor der Zählung von der Proben- und Filmoberfläche abgewaschen werden mussten, waren größere Fehler zu erwarten und auch festzustellen. Darüber hinaus ist die Anzahl der verfügbaren Isothiouroniumgruppen auf den Hydrogeloberflächen unbekannt und im Vergleich zu den funktionalisierten Nanopartikeln wahrscheinlich geringer.

Wie oben erwähnt, können isothiouroniumfunktionalisierte Materialien als Adsorber für Schwermetallionen verwendet werden. In diesem Beitrag wollten wir das Potenzial der Isothiouronium-funktionalisierten Hydrogele für die Adsorption von Arzneimitteln wie Diclofenac bewerten, das in seiner ionischen Form von DSS angeboten wird. Zu diesem Zweck wurden Adsorptionsisothermen, also die Konzentration ae von Diclofenac innerhalb der Hydrogele als Funktion der Gleichgewichtskonzentration ce im Überstand (Gl. 7), für PEGDA-0, PEGDA-1, PEGDA-2 und PEGDA- gemessen. 3, wie in Abb. 2c gezeigt. Die Adsorptionszeit bis zum Erreichen der Gleichgewichtsbedingungen betrug 72 Stunden, wie in Abbildung SI 7 dargestellt. Die Gesamtformen der Isothermen von Isothiouronium-funktionalisierten Proben waren ähnlich. Die Ergebnisse zeigen einen steilen Anstieg der Ae mit steigendem Ce für alle AUITB-haltigen Hydrogele bei niedrigem Ce. Bei höheren ce-Werten flachten die Isothermen ab und näherten sich einem Plateau. Es war auch offensichtlich, dass die maximalen ae-Werte mit der AUITB-Konzentration anstiegen. Für ein quantitatives Verständnis wurden die Isothermen mithilfe von Gl. angepasst. 7 und die Adsorptionskapazitäten qm, also die Höhe des Plateaus, und die Gleichgewichtskonstanten Ks wurden ermittelt (Tabelle 1). Die Werte für qm lagen zwischen 25,7 und 74,9 µmol g−1 und stiegen proportional mit βAUITB. Diese Beobachtung steht im Einklang mit der Annahme, dass die Isothiouroniumgruppen tatsächlich die Adsorption von Diclofenac in den Proben verursachen, wahrscheinlich durch einen Ionenaustausch. Diese Schlussfolgerung wird weiter durch die Adsorptionsisotherme von PEGDA-0 gestützt, die nahezu linear ist, ohne ein Plateau zu zeigen. Dies weist auf eine unspezifische Adsorption aufgrund des Fehlens von Isothiouroniumgruppen hin. Außerdem betrug der maximale ae-Wert 9,9 µmol g−1 für die unfunktionalisierten Proben und war damit viel niedriger als für alle AUITB-haltigen Proben. Beachten Sie, dass die Anpassungsergebnisse für PEGDA-0 in Tabelle 1 der Vollständigkeit halber aufgenommen wurden, aufgrund der großen Standardfehler jedoch nicht aussagekräftig sind.

Ein ähnliches Bild ergibt sich, wenn man die Verstärkungsfaktoren E von Diclofenac in den Hydrogelen betrachtet, also das Verhältnis der Diclofenac-Konzentrationen im Hydrogel und im Überstand (Abb. 2d). Für PEGDA-1-, PEGDA-2- und PEGDA-3-Hydrogele wurden maximale Verstärkungsfaktoren von 14.911, 89.923 und 85.461 erreicht, während für die nicht funktionalisierten PEGDA-0-Hydrogele ein Maximalwert von 239 ermittelt wurde. Tatsächlich lassen die großen Verstärkungsfaktoren den Schluss zu, dass die Isothiouronium-Funktionalisierung zu einer starken Wechselwirkung mit dem Diclofenac-Anion führt, während die Adsorptionskapazität der Hydrogele durch Variation der Menge an AUITB-Monomer eingestellt werden kann. Die starke Affinität der Isothiouroniumgruppen zu Diclofenac wird auch deutlich, wenn man die qm- und Ks-Werte aus Tabelle 1 mit den zuvor für die Diclofenac-Adsorption berichteten Ergebnissen vergleicht. Bezüglich qm wurde beispielsweise von Liu et al. ein höherer Wert von 344,8 mg g−1 (1083 µmol g−1) gefunden. mit polymeren Nanopartikeln, hergestellt mit dem positiv geladenen Monomer MAETAC25, oder von 129,42 mg g−1 (406 µmol g−1) von Mahmoodi et al. mit Melamin-funktionalisierten Graphenoxid-Chitosan-Hydrogelen72. Dies kann einfach durch die unterschiedliche Konzentration der Adsorptionsstellen erklärt werden, was auch aus der proportionalen Zunahme von qm mit βAUITB ersichtlich ist. Eine höhere Affinität ist mit einem höheren Ks-Wert verbunden. Tatsächlich übertrifft der Wert für PEGDA-3-Proben von 192 ml µmol−1 die zuvor von Liu et al. berichteten Werte von 0,1663 L mg−1 (52,9 ml µmol−1) und 0,336 ppm−1 (107,0 ml µmol−1). 25 und Mahmoody et al.72 Die in den Hydrogelen unserer Studie vorhandenen Isothiouroniumgruppen zeigen daher eine höhere Affinität zu Diclofenac als die funktionellen Gruppen in den vorherigen Berichten.

Isothiouroniumgruppen sind synthetische Vorläufer von Thiolen, wie in der Einleitung erläutert. Daher haben wir die Isothiouronium-funktionalisierten Proben mit Natriummetabisulfit behandelt, um sie zu Thiolen zu reduzieren. Die so behandelten Proben sind im Probennamen mit einem „T“ gekennzeichnet. Kontrollproben, die den gleichen Waschschritten unterzogen wurden, jedoch ohne Natriummetabisulfit in den Lösungen, sind in ihren Probennamen mit „NT“ gekennzeichnet. Die Wirkung der Behandlung wurde zunächst durch Messung des IEP der Proben beurteilt (Abb. 2a). Tatsächlich sanken die IEPs bei den behandelten und funktionalisierten Proben drastisch auf ein ähnliches Niveau wie bei den PEGDA-0-Proben. Dies zeigt, dass die Isothiouroniumgruppen während der Reaktion in neutrale Einheiten umgewandelt wurden, was mit der Anwesenheit von Thiolen übereinstimmt.

In einem zweiten Schritt wurde die Reaktivität der behandelten Proben durch Fluoreszenzfärbung der Hydrogele beurteilt. Thiole wurden über eine Thiol-Michael-Reaktion mit dem Fluoreszenzfarbstoff Atto488-Maleimid angefärbt. In Abb. 3a ist die Fluoreszenzintensität der behandelten Proben und der Kontrollproben dargestellt. Abbildung 3b und c zeigen repräsentative Fluoreszenzbilder nach der Färbung der PEGDA-0T- und PEGDA-3T-Hydrogele. Repräsentative Bilder nach der Färbung aller anderen getesteten Hydrogelzusammensetzungen sind in Abbildung SI 8 aufgeführt.

Funktionalitäten thiolhaltiger PEG-basierter Hydrogele. (a) Fluoreszenzintensität gemessen für Hydrogele mit Isothiouronium (unbehandelt) und Thiolfunktionalisierung (behandelt) nach Färbung mit Atto488-Maleimid als Funktion des Massenanteils βAUITB von AUITB, der während der Hydrogelherstellung verwendet wurde. Behandelte Proben wurden mit Natriummetabisulfit (Na2S2O5) chemisch reduziert und unbehandelte in Wasser aufbewahrt. Die Kästchen zeigen das 25. und 75. Perzentil. Die horizontale Linie in den Kästchen ist der Median und das Quadrat ist der Mittelwert. (PEGDA-0, PEGDA-3: n = 4, PEGDA-1, PEGDA-2: n = 3). Symbolerklärung: *** deutlich anders als PEGDA-0-Hydrogele (p < 0,001); ^^ signifikanter Unterschied zu PEGDA-1-Hydrogelen (p < 0,01), °°° signifikante Unterschiede zwischen Probenbehandlungen (p < 0,001). (b, c) Beispielhafte Fluoreszenzbilder von gefärbten Hydrogelen. (b) PEGDA-0T-Hydrogel. (c) PEGDA-3T-Hydrogel. Maßstabsbalken 100 µm. (d) Zeitabhängige Absorptionsmessungen der Umwandlung von ABTS-Substrat in grünes ABTS+ durch an die Hydrogele gebundene Meerrettichperoxidase. Als Blindprobe dienten PEGDA-0NT-Hydrogele ohne Zusatz des Linkers. Signifikante Auswirkungen wurden für die Mittelwerte in Probenzusammensetzung und -zeit festgestellt, auch die Wechselwirkung von Probenzusammensetzung und -zeit war signifikant.

Im Allgemeinen stieg die Fluoreszenzintensität nach der Färbung behandelter Proben mit dem Massenanteil βAUITB von AUITB, der zur Probenvorbereitung verwendet wurde (Abb. 3a), wohingegen die unbehandelten Proben, die noch Isothiouroniumgruppen enthielten, in viel geringerem Maße gefärbt wurden. Dies wurde auch visuell durch eine Farbveränderung der Hydrogele beobachtet (Abbildung SI 9). Außerdem zeigten sowohl die behandelten als auch die unbehandelten PEGDA-0-Proben keine Färbung. Wir erklären dies mit der Reaktivität der gebildeten Thiole in den behandelten, ehemals Isothiouronium-funktionalisierten Proben gegenüber dem Fluoreszenzfarbstoff, was zu einer kovalenten Bindung führt, die weder bei den unbehandelten noch bei den behandelten PEGDA-0-Proben möglich ist. Die geringe Fluoreszenzintensität der unbehandelten Proben wird auf die elektrostatische Wechselwirkung des negativ geladenen Farbstoffs und der Isothiouroniumgruppen zurückgeführt. Zusammengenommen sind die Beobachtungen ein starker Hinweis darauf, dass tatsächlich Thiole gebildet wurden, die vollständig zugänglich und reaktiv waren und sich somit für die Verwendung in weiteren Biokonjugationsreaktionen eignen. Außerdem steigt mit βAUITB die Menge an verfügbaren Thiolen für die Kopplung. Tatsächlich wurde bereits zuvor berichtet, dass Isothiouroniumgruppen mit Natriummetabisulfit erfolgreich zu Thiolen reduziert werden können32.

In einem nächsten Schritt wurden die Thiol-funktionalisierten Hydrogele zur Konjugation des Enzyms Meerrettichperoxidase (HRP) verwendet. Dies wurde in einem zweistufigen Prozess erreicht, indem zunächst ein biotinfunktioneller Linker über eine Thiol-Michael-Reaktion an die Proben gekoppelt wurde und anschließend die Biotin-Streptavidin-Wechselwirkung genutzt wurde, um ein Streptavidin-HRP-Konjugat (SA-HRP) zu binden, eine Strategie ähnlich einem Bericht von Koch et al.38. Um zwischen unspezifischer Adsorption von SA-HRP an den Hydrogelen und der gewünschten Biokonjugationsreaktion zu unterscheiden, wurden Kontrollexperimente ohne Linker durchgeführt. Der Erfolg der Reaktion wurde durch die Umwandlung von ABTS in das grüne ABTS+-Radikalkation beurteilt, das photometrisch gemessen wurde (Abb. 3d). Die PEGDA-2T-Hydrogele, die zunächst in Linkerlösung und anschließend in Enzymlösung (PEGDA-2T + Linker) gerührt wurden, hatten die höchste Absorption von 0,111 nach 34 Minuten in ABTS-Substratlösung. Die PEGDA-2T-Hydrogele ohne Linker hatten zum gleichen Zeitpunkt eine geringere Absorption von 0,042. Die PEGDA-0T-Hydrogele hatten nach 34 Minuten eine Absorption von 0,030 mit und 0,001 ohne Linker. Wie erwartet hatten die PEGDA-2T + Linker-Hydrogele die höchste Absorption. Aufgrund ihrer Thiole wurde der Maleimid-Linker kovalent an die Hydrogele gebunden, der im nächsten Schritt zur Bindung des Streptavidin-gekoppelten Enzyms mit Biotin genutzt wurde. Ohne den Linker konnten die PEGDA-2T-Hydrogele das SA-HRP nur unspezifisch binden und daher war die Absorption geringer. Die PEGDA-0T-Hydrogele hatten die geringste Absorption, was die geringe unspezifische Proteinadsorption auf PEGDA-Hydrogelen zeigt. Die PEGDA-2NT-Hydrogele, die Isothiouroniumgruppen enthalten, erreichten Absorptionswerte von 0,081 mit und 0,070 ohne Linker, was erneut eine Wechselwirkung zwischen den Isothiouroniumgruppen und den Maleimiden sowie einen Effekt der Gruppen auf die Proteinadsorption zeigt (Daten in Abbildung SI 10 dargestellt). ). Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Thiol-funktionalisierten Hydrogele als Anker für weitere Funktionalisierungen und in diesem Fall für Biokonjugationsreaktionen dienen können.

Wir haben erfolgreich gezeigt, dass Isothiouroniumgruppen durch einfache radikalische Copolymerisation des Isothiouronium-funktionellen Monomers AUITB mit PEGDA in Hydrogele eingeführt werden können. Die Isothiouroniumgruppen sind auf der Probenoberfläche, insbesondere in polaren Medien, vollständig zugänglich, während sie sich bei Kontakt mit Luft zur Probenmasse hin ausrichten. Darüber hinaus sind die Isothiouroniumgruppen auch innerhalb der Probenmenge vollständig zugänglich, was die Proben bei der Adsorption von Diclofenac hochwirksam macht. Im Allgemeinen änderten sich die Probeneigenschaften monoton mit dem Massenanteil an AUITB, der während der Probenvorbereitung verwendet wurde, was eine präzise Steuerung der Materialeigenschaften ermöglichte. Schließlich können die Isothiouroniumgruppen leicht zu Thiolen reduziert werden, wodurch das volle Potenzial der vielseitigen Thiolreaktivität für Biokonjugationsreaktionen wie die Enzymimmobilisierung genutzt wird. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass die Funktionalisierung von Isothiouronium eine attraktive und einfache Möglichkeit bietet, chemische Funktionalität in Hydrogele einzuführen.

Alle Daten sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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JG dankt dem Promotionsstipendium der Evonik-Stiftung (Essen, Deutschland) für die Finanzierung. AS und GEMT danken der Universität Stuttgart sowie dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg für die Förderung im Rahmen des Leistungszentrums Mass Personalization (https://www.masspersonalization.de/). JG dankt Friederike Dehli (Institut für Physikalische Chemie, Universität Stuttgart) und der Technologieplattform „Cellular Analytics“ des Stuttgarter Forschungszentrums Systembiologie für die Unterstützung und Unterstützung bei den LSM-Messungen. JG dankt Daniela Urban (Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnik IGVP, Universität Stuttgart) für die Hilfe bei den EDS- und Yg-Messungen. JG dankt außerdem Prof. Dr. Christina Wege (Institut für Biomaterialien und Biomolekulare Systeme, Universität Stuttgart) für hilfreiche Diskussionen und Unterstützung. Die Autoren danken Dr. Birgit Claaßen (Institut für Organische Chemie, Universität Stuttgart) und ihrer Gruppe für NMR-Messungen. Die Autoren danken der Universität Stuttgart (Stuttgart) und der Fraunhofer-Gesellschaft (München) für die Bereitstellung der Infrastruktur.

Open-Access-Förderung ermöglicht und organisiert durch Projekt DEAL.

Alexander Southan

Aktuelle Adresse: Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Heisenbergstr. 3, 70569, Stuttgart, Deutschland

Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnik IGVP, Universität Stuttgart, Nobelstr. 12, 70569, Stuttgart, Deutschland

Jana Grübel, Vanessa L. Albernaz, Anastasia Tsianaka, Corinna O. Jauch, Silia Quirin, Günter EM Tovar & Alexander Southan

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Nobelstr. 12, 70569, Stuttgart, Deutschland

Christian Kerger, Christina G. Kohl, Anke Burger-Kentischer & Günter EM Tovar

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JG: Konzeptualisierung, Methodik, Untersuchung, formale Analyse, Visualisierung, Schreiben – Originalentwurf. VA: Methodik, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. AT: Methodik, Untersuchung, Schreiben – Originalentwurf. COJ: Recherche, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. SQ: Recherche, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. CK: Methodik, Untersuchung, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, CGK: Methodik, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, AB-K.: Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, GEMT: Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, Supervision. AS: Konzeptualisierung, Methodik, Visualisierung, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, Supervision.

Korrespondenz mit Günter EM Tovar oder Alexander Southan.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Grübel, J., L. Albernaz, V., Tsianaka, A. et al. Herstellung multifunktionaler Hydrogele mit zugänglichen Isothiouroniumgruppen durch radikalisch vernetzende Copolymerisation. Sci Rep 13, 10361 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36956-x

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Eingegangen: 13. Februar 2023

Angenommen: 13. Juni 2023

Veröffentlicht: 26. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36956-x

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