Novel Physical Concept for Polymer Nanoparticle Design: Case of Poly(propylacrylic acid) Homopolymer

1. Laboratórium experimentálnej chemickej fyziky • 2009: Problematika polymérnych nanočastíc • aspekt aplikačný • aspekt základného výskumu

2. NOVÁ FILOZOFIA (FYZIKÁLNY KONCEPT) PRE TVORBU POLYMÉRNYCH NANOČASTÍC Patentová prihláška vynálezu: M. Sedlák, Č.Koňák: Polymérne nanočastice na báze homopolyméru poly(propylakrylovej kyseliny) a spôsob ich prípravy, Úrad Priemyselného Vlastníctva SR, číslo prihlášky: PP 5003-2009. M. Sedlák, Č.Koňák : A New Approach to Polymer Self-assembly into Stable Nanoparticles: Poly(ethylacrylic acid) Homopolymers, Macromolecules, 42, 7430–7438, 2009. M. Sedlák, Č.Koňák, J. Dybal: Heat-set Poly(ethylacrylic acid) Nanoparticles: Combined Light Scattering, Calorimetric, and FTIR Study, Macromolecules, 42, 7439–7446, 2009.

3. Journal Impact Factor: 4.43(SCI 5-year average) Median impact factor „Polymer science“: 0.97 (SCI 5-year average) 4.5 x medián IF American Chemical Society

5. Chemical crosslinking Polymérne nanočastice sú tvorené buď Chemickými reakciami (kovalentné väzby) alebo Rôznymi typmi samousporiadania polymérov (fyzikálne väzby)

6. 1-10 nm Polymeric (nano)particles 10-1000 nm

7. Asociácia iónových polymérov s nábojmi opačného znamienka Samousporiadanie kopolymérov Polymérne častice micelárneho typu WOS 1985 - 2009: 12 850 odkazov

8. Nový prístup (koncept): Samousporiadanie (self-assembly) homopolymérov jedného typu a bez mediačných aditív

9. 1.33 Å

10. Poly(ethylacrylic acid) C H hydrophobic 3 Poly(propylacrylic acid) hydrophobic C H 3 C H 2 C C H H C H C 2 2 2 n C H - C + 2 n C O O H hydrogen bonding - + C O O H hydrogen bonding electrostatic electrostatic

11. T = 25C  80C at speed 1C/min. long-term stability Original fresh samples Remeasured after 61 days Remeasured after 360 days Po nájdení vhodnej rovnováhy medzi zúčastnenými typmi interakcií v roztoku…:

12. Výsledné polymérne nanočastice: • variabilná a kontrolovateľná veľkosť v nanooblasti • stredne veľká akceptovateľná polydisperzita • relatívne riedke častice (nízka hustota) (nízka hustota môže byť výhodná napr. pre uvoľňovanie liečiv) • nanočastice majú povrchový náboj zaručujúci dobrú stabilitu vo vodnom prostredí vrátane fyziologických podmienok (0.15M NaCl) • výborná dlhodobá stabilita a skladovateľnosť Otvorené pre chemické inžinierstvo (variácie, modifikácie,…..)

13. 1. KROK: Patentová aktivita Patentová prihláška vynálezu obnáša okrem idey a jej realizácie i veľmi obsiahly súbor experimentálnych dát, ktoré musia dokumentovať v rozmedzí akých intervalov jednotlivých fyzikálnochemických parametrov je možné predmet vynálezu realizovať, tj.napr.- koncentrácia od: - do: - stupeň ionizácie od: - do: - teplota od: - do: - chemické zloženia od: - do: atď. Vedecké aspekty (zdôvodnenie, „racionále“) nepodstatné, dokonca neprípustné 2. KROK: Publikačná aktivita ….... Dôkaz predpokladov a hypotézy na základe ktorých vznikol tento nový koncept tvorby polymérnych nanočastíc …….Nové poznatky všeobecného charakteru o danej kategórii polymérnych systémov….. „complex polyelectrolyte behavior: concerted action of hydrophobic, electrostatic, and hydrogen-bond interactions“

14. Static Light Scattering Dynamic Light Scattering Electrophoretic Light Scattering Differential scanning calorimetry Fourier Transform Infra Red Spectroscopy Quantum chemical calculations

16. pH ~7.0-7.4 EPR effect (Enhanced Permeability and Retention) Seattle Consortium

18. Aggregation of nanoparticles Disintegration of nanoparticles