Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)
60 %
Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences)
20 %
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)
20 %
Panel
Chemistry 1
Department or equivalent
Department of Physical Chemistry (University of Debrecen)
Starting date
2006-01-01
Closing date
2010-12-31
Funding (in million HUF)
4.098
FTE (full time equivalent)
3.50
state
closed project
Summary in Hungarian
A PAMAM dendrimerekkel, dendrimer sókkal, fémkomplexekkel és nanokompzitokkal végzett kísérletek biztató eredményeket hoztak mind a humán terápiában (célzott medicina), mind más ipari alkalmazásokban. A továbblépés egyik fontos gátja, a dendrimerek és azok (valódi kolloid) oldataik tudományos megismerésének részleges hiánya. Mivel e vegyületeket oldatban alkalmazzuk, célunk a dendrimerek oldatainak átfogó fizikai-kémiai jellemzése, egységesen termodinamikai, szerkezeti és dinamikai aspektusból. E tudás az alkalmazott kutatások finom hangolását teszi lehetővé. A fém nanokompozitok előáállítása a dendrimer komplexek belsejében lévő fémionk redukciója útján történik. E nano méretű reaktorokban lejátszódó reakciók kinetikájának és mechanimzusámak ismerete fontos lépés a működésük megértésében. A kutatás három részre tagolható. 1. A funkcinalizált denrimer ligandumok - alap PAMAM (NH2 felületi csoportokat tartalmazó), a PAMAM-SAC (borostyánkősav funkciós csoport) és a PAMAM-OH (glikol funkcinalizált)- sav-bázis tulajdonságait vizsgáljuk meg. A hidratációjukat, szolvatációjukat, reverzíbilis aggregációjukat, méreteloszlásukat, diffúziójukat főképpen DLS, NMR-diffúziós és a kifejlesztendő “kém-molekula“ NMR módszerrel jellemezzük. 2. A dendrimerek képesek fémionokat koordinálni vagy anion-komplexeket képezni. Definiáljuk és meghatározzuk a stabiltásukat illetve a peszudo fázis modellt alkalmazzuk leírásukra. 3. A fémionok redukciójával a dendrimerek belsejében nanokompozitok jönnek létre. E nanoméretű „reakció-edény”-t, ahol kis méretben nagy reaktivitást érhetünk el fogjuk alkalmazás centrikusan tanulmányozni. 2008-ra az elért eredmény a dendrimerek oldatának mint rendszernek az ismerete és leírása, illetve a benne oldott egyedi részecskék szerkezetének és dinamikájának a megismerése lesz.
Summary
Tests of functionalized PAMAM dendrimers, metal-dendrimer salts, metal-dendrimer complexes and dendrimer initiated metal containing nano particles (nano composites) give exciting results both in human therapy and industrial applications. However these promising results cannot be developed further without having basic knowledge about these species. Furthermore, the potential application of the dendrimer species happens in solution, therefore the physico-chemical properties of these solutions, or pseudo bi-phase systems play crucial role in tuning the required biological impact. Chemical reactions inside of dendrimers may dramatically be different in rate and yield than those occur in bulk. This conception of nano-sized reactors (nano devices) can only be understood on the basis of knowledge of solution structure (size and bulkiness) equilibrium and dynamics of dendrimers. We need to know both the molecular level behavior of the species as well as the macroscopic behavior of the systems. The research plan consists of three main fields. 1.The study of the ligands. We determine the acid-base properties of the basic (NH2 surface group) PAMAM dendrimers, PAMAM-SAC (succinic acid) carboxilate functionalized and PAMAM-OH (glycol) dendrimers. In parallel we determine the size as a function of pH and concentration by means of DLS and PFGSE-NMR method and the developing “spy species“ NMR technique. 2.Dendrimer-metal interactions. We want to define and determine the stability of these complexes and test the “pseudo-phase” model for these systems 3.By reduction of metal complexes nano composites form. The functioning of this nano devices will be studied. By 2008 we will have a complete thermodynamic view of dendrimer solutions. Within this generalized description the dynamic and structural details will also be clarified at considerably high level.
Final report
Results in Hungarian
Tanulmányoztuk a poli-amidoamin (PAMAM) dendrimerek oldatbeli tulajdonságait elsősorban NMR módszerekkel. Diffúzió vizsgálatokkal megállapítottuk, hogy az 5. generációsok merev gömb alakú kolloidként viselkednek vizes oldatban , valamint erősen hidratáltak. Megállapítottuk, hogy az ötödik generációs dendrimerekben mintegy 4000 vízmolekula van kötve. Bebizonyítottuk, hogy a végcsoportok belső donroatomokkal hidrogénhidakat képezhetnek. Az 5. generációs dendrimerek a foszfát és vanadát ionokat reverzíbilisen kötik, valószínüleg a tercier nitrogéneken keresztül. Ez az analitikai tulajdonságokat nem befolyásolják, de lényegesen hathat gyógyszerszállító kpességeire. Meghatároztuk, hogy egy 5. generációs denrimer mintegy 80 réziont köt meg, és a koordináció módja igen változatos. E makromolekulák igen jó modelljei a nanoméretű katalizátoroknak.
Results in English
We have studied the structure and dynamics of poly(-amidoamine) dendrimers (PAMAM) in aqueous solutions in different NMR techniques. From diffusion studies we concluded that dendrimers of generation 5 behaved as hard sphere colloids. The macromolecules are strongly hydrated we have determined experimentally the hydration numbers as 4000 water molecules per a dendrimer molecule. We have proven the backfolding of the end-groups towards to inside functional groups. The dendrimers of generation 5 bind phoshphate and vanadate in equilibrium probably through tertiary nitrogen donor atoms. The coordination of phosphate does not disturb the analytical behaviors, but may strongly affect the capability of drug delivery. We determined that one PAMAM dendrimer of generation 5 binds 80 copper ions and showed that a wide variety of coordination modes occured. These macromlecules are goof models for nano catalysis.
L.P. Balogh, I. Banyai: Functional Controll of Dendrimers Used in Cancer Research, Abstract of papers 1st European Chemistry Congress M-OC-12 ( p 258), 2006
Balogh LP, Minc LD, Berka M: Novel synthesis of radioactive gold/dendrimer composite nanoparticles for the treatment of cancer,, Nanomedicine-N anotechnology Biology and Medicine 3 (4), 338 (2007) poster, 2007
X. Shi, I. Banyai, K. Rodriguez, M.T. islam, W.Lesniak, P. Balogh, L.P. Balogh, J.R.Baker:: Electrophoretic mobility and molecular distribution studies of poly(amidoamine) d endrimers of defined charge, Electrophoresis 27 (2006) 1758-1767, 2006
Balogh LP, Minc LD, Berka M: Novel synthesis of radioactive gold / dendrimer composite nanoparticles for the treatment of cancer, Nanotechnology, Biology, and M edicine 3 (2007) 351–351, lecture, 2007
M. Berka, Z. Nagy, L. Novák, L.P. Balogh, I. Bányai: Size ans shape of functionalized PAMAM dendrimers and poly-gamma-glutamic acid as DLS and NMR see,, Proc. of 9 th Conference on Colloid Chemistry p45, 2007, 2007
I. Bányai, M. Berka, Z. Nagy, L.P. Balogh: Size ans shape of functionalized PAMAM dendrimers and poly-gamma-glutamic acid as DLS and NMR see,, Proc. of 9 th Conference on Colloid Chemistry p45, 2007, 2007
I. Bányai, M. Berka, Z. Nagy, L.P. Balogh: Size and Water Content of Poly(Amidoamine) Dendrimers of Fifth Generation in Aqueous Solution, Langmuir(la- 2010-00887c) beküldve, 2010
Events of the project
2016-08-31 09:37:39
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: TTK Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék (Debreceni Egyetem), Új kutatóhely: TTK Fizikai Kémiai Tanszék (Debreceni Egyetem).
