Дендримеры

Дендримеры (англ. Dendrimers) - относятся к классу полимерных соединений, молекулы которых имеют большое число разветвлений. При их получении с каждым элементарным актом присоединения мономера количество разветвлений увеличивается. В результате с увеличением молекулярной массы таких соединений изменяются форма и жесткость молекул, что, как правило, сопровождается изменением физико-химических свойств дендримеров, таких как характеристическая вязкость, растворимость, плотность и др. Дендримеры 3-го и более высоких поколений характеризуются высокой плотностью молекулярной структуры и имеют близкую к сферической форму. Растворы дендримеров обладают гораздо меньшей вязкостью, чем растворы других веществ с такой же молекулярной массой. Свойства дендримеров во многом определяются типом функциональных групп на их поверхности. Синтез дендримеров проводят таким образом, чтобы в процессе роста полимерной молекулы не было ни соединения растущих ветвей, ни объединения молекул друг с другом. Полимеризация ведется с использованием стратегии «защита – снятие защиты», применяемой при синтезе белков и нуклеиновых кислот с заданной последовательностью аминокислот и нуклеотидов. В результате первой стадии полимеризации на концах ветвей оказываются свободные группы, каждая из которых способна реагировать с двумя дополнительными мономерами, таким образом формируется дендример первого поколения. Таких последовательных стадий может насчитываться конечное число, поскольку в определенный момент образуется упаковка из мономеров, что препятствует дальнейшему протеканию полимеризации. На сегодняшний день ученые научились удерживать на поверхности дендримеров с помощью хелатных групп ионы металлов. Такие дендримерные «метки» на основе гадолиния и магния активно используются в качестве контрастов при проведении исследований методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Благодаря соприкасающимся «ветвям» разветвленной молекулы образуются внутренние полости, в которых могут находиться различные небольшие молекулы, химически не связанные с дендримером. В полости могут вводиться различные лекарственные препараты, что позволяет обеспечивать их длительно лечебное действие. Дендримеры могут также удерживать вещества с радиоактивной меткой, что применяется для диагностики различных заболеваний. Дендримеры могут служить своеобразными контейнерами для создания системы металлических наночастиц практически одинакового размера, которые могут использоваться для катализа химических реакций, при изготовлении электронных устройств, специальных покрытий. Дендримеры с фотохромными группами способны преобразовывать световую энергию, что перспективно для использования в оптических устройствах. Дендримеры способны образовывать комплексы с другими молекулами, причем стабильность таких комплексов контролируется состоянием внешней среды. Это открывает возможности использования дендримеров в медицине в качестве носителей для направленной доставки генов или лекарственных веществ. Благодаря контролируемым и воспроизводимым с большой точностью размерам макромолекул дендримеры уже используются для калибровки в масс-спектрометрии, электронной и атомной спектроскопии, ультрафильтрации. Дендримеры, содержащие тяжелые металлы, используются в медицинской диагностике в качестве рентгеноконтрастного вещества.

Схема сборки дендримера из ветвистой молекулы Z-X-Z

Структура молекулы дендримера полисилоксана

Тезаурус

Дендримеры (Dendrimers)

Тематический раздел (поле): Наномедицина, Нанофармакология, Функциональные наноматериалы, Наноэлектроника, Наноинженерия

Функциональный разряд: Объект

Аскрипторы: Арборол, макромолекула с древообразной структурой

Отношения  иерархические (род-вид): Дендримеры → Точечные (нульмерные) наноструктуры → Наноструктурированные материалы → Структуры объектов, относящихся к сфере нанотехнологий, их свойства → Наноматериалы

Отношения ассоциативные: Дендримеры ~ Векторы на основе наноматериалов, Доставка генов, Доставка лекарственных средств, Нанофармакология, Супрамолекулярная химия, Диагностика, Катализ химических реакций

Литература о теме:

1. Roland E. Bauer, Volker Enkelmann, Uwe M. Wiesler, Alexander J. Berresheim, Klaus Müllen (2002). "Single-Crystal Structures of Polyphenylene Dendrimers". Chemistry: A European Journal 8: 3858.
2. Nanjwade, Basavaraj K.; Hiren M. Bechraa, Ganesh K. Derkara, F.V. Manvia, Veerendra K. Nanjwade (2009). "Dendrimers: Emerging polymers for drug-delivery systems". European Journal of Pharmaceutical Sciences (Elsevier) 38 (3): 185–196.
3. D. A. Tomalia, H. Baker, J. Dewald, M. Hall, G. Kallos, S. Martin, J. Roeck, J. Ryder and P. Smith (1985). "A New Class of Polymers: Starburst-Dendritic Macromolecules". Polymer Journal 17: 117.
4. Hawker, C. J.; Fréchet, J. M. J. (1990). "Preparation of polymers with controlled molecular architecture. A new convergent approach to dendritic macromolecules". J. Am. Chem. Soc. 112: 7638.
5. Holister, Paul; Christina Roman Vas, Tim Harper (October 2003). "Dendrimers: Technology White Papers". Cientifica. Retrieved 17 March 2010.
6. Tathagata Dutta and N.K.Jain Targeting Potential and Anti HIV activity of mannosylated fifth generation poly (propyleneimine) Dendrimers. Biochimica et Biophysica Acta. 2007; 1770: 681-686.
7. Семчиков Ю.Д. "Дендримеры – новый класс полимеров" // Соросовский Образовательный Журнал - №12, 1998 - С. 45-51.
8. Статья Dendrimer из Википедии, свободной энциклопедии. Доступно под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike.