Az elmúlt évszázadban a vegyészek több polimertípust fejlesztettek ki. Az elsõ csoportba a hõre lágyuló, lineáris, spagettiszerû polimerek (például a polietilén, a polisztirol és a nejlon) tartoznak. A második a hõre keményedõ mûanyagok csoportja: a spagettiszerû polimerek térhálósításával, vulkanizálásával keletkezõ epoxidok, uretánok, "oldószertûrõ" elasztomerek/gumik tartoznak ide. A harmadik csoportba azokat a véletlenszerû elágazásokat tartalmazó spagetti típusú polimereket sorolják, amelyekbõl például amorf, kis sûrûségû polietiléneket készítenek. Az 1980-as években újabb makromolekuláris architektúrát dolgoztak ki, amely a fák dendrites elágazásához hasonlítható (1. ábra). Az új anyagokat dendronoknak, dendrimereknek vagy dendrigraftoknak, kis molekulás változataikat kaszkád molekuláknak vagy arboroloknak nevezik.
1. ábra. Makromolekula típusok
A nyolcvanas években szinte az összes dendrites polimert a molekulafa gyökerébõl kiindulva építették fel. A monomer egységeket sugárirányban elágaztatva, lépcsõzetesen rendezték el. Ezt a divergens módszert ma is szívesen használják az iparban. 1989-ben a konvergens módszert is kidolgozták. Elõször a molekulafa leveleit készítik el, és ezeket adják az elágazó reagensekhez (2. ábra). Bár ez az eljárás nem alkalmas ipari termelésre, laboratóriumi célokra kiváló, mert ideális elágazású dendrimerek készíthetõk, és ezek elválaszthatók a hibás változatoktól.
2. ábra. Dendrimerek konstrukciója
Az 1990-es években ugrásszerûen megnõtt a dendrites polimerek irodalma és szabadalmaztatása. Ezek az új anyagok a szabályozott szerkezetû polimer architektúrák elsõ példái: a dendrites polimerek méretét, alakját, felületi kémiáját, rugalmasságát és topológiáját részletesen dokumentálják.
Növesztés
A dendronok, dendrimerek és dendrigraftok nemcsak szabályos
szerkeztük miatt különböznek a "klasszikus" szintetikus
polimerektõl. Ezek a kovalens kötésû, háromdimenziós
"megamolekulák" oldhatók. S nemcsak a fehérjéket
"utánozhatják", hanem olyan robusztus képzõdményekké
alakíthatók, amelyek kellemetlen hõhatásoknak
és hidrolitikus körülményeknek is ellenállnak.
Laboratóriumi körülmények között több
mint ötven dendrimer-családot szintetizáltak már.
Az iparban azonban csak három család kapott nagy figyelmet:
a poliamidoamin vagy PAMAM, a poli(trimetilén-amin) vagy POPAM és
a poliészter típusú dendrimerek.
A dendrimerek emlékeztetnek a biológiai sejtekre: van magjuk, belsejük és felületük. Az elsõdleges molekuláris információt ebben az esetben is a mag hordozza. A kiindulási anyag azonban egyszerû: atom vagy kis molekula, például ammónia vagy metilezett származéka.
A divergens dendrimernövesztés olyan unimolekuláris elágaztatási folyamatként írható le, amelynek során a monomereket közönséges laboratóriumi üvegedénybe tesszük, hogy kovalensen kötött szerkezeteket állítsunk elõ. Ezek a szerkezetek egymásra épülõ elágazások – generációk – koncentrikus rétegeibõl állnak. A növesztés pontosan megfogalmzott dendrites szabályokat követ. Ezért bármely növesztési lépésnél megjósolható a molekulatömeg, a polimerizációs fok és a felületi csoportok száma.
A szabályozott szerkezet növesztésének legalább három fontos lépése van. Az elsõ a kémiai kötés képzésével elõidézett radiális transzkripció/transzláció. Ez lényegében a mag méretének, alakjának, kötésszögeinek, sztöchiometriai információjának háromdimenziós továbbvitele. Mindegyik generáció olyan sablon (kodon), amely a következõ generációt kialakító, sugárirányú iteratív lépésekkel irányítja a monomerek elrendezõdését és polimerizációját a dendrites felületen. Ezek az események hasonlóak ahhoz a folyamathoz, amelynek során az mRNS információja átíródik a képzõdõ polipeptidre.
Tulajdonságok
A dendronok és dendrimerek "nanoméretûek". Számos
fehérje és biológiailag fontos anyag méretéhez
és alakjához jól illeszkednek. Az inzulin (kb. 3 nm),
a citokróm C (kb. 4 nm) és a hemoglobin (kb. 5,5 nm) például
nagyjából olyan méretû és alakú,
mint az ammóniamagú PAMAM dendrimerek 3., 4., illetve 5.
generációja.
A dendrimerek funkciós csoportokat is hordozhatnak, és sokféle reakcióban részt vehetnek. Megfelelõ reagensekkel (nukleofil/elektrofil felületi csoportokkal) módosítható a dendrimer felület elektronsûrûsége vagy polaritása (hidrofil/hidrofób jellege). A dendrimer felület vezetõvé, paramágnesessé, fényelnyelõvé vagy katalitikus hatásúvá tehetõ.
Nanoméretû reagensekkel (például DNS-sel, antitestekkel vagy fehérjékkel) például géntovábbító vektorokat, immundiagnosztikai termékeket állítanak elõ. Ezek a reakciók megkülönböztetik a dendrimereket a szubnanométeres hordozóktól.
Az architektúra kiaknázása
A dendrimerek egyik legizgalmasabb alkalmazása a "dendrimer
doboz" vagy az "unimolekuláris kapszula". A nyolcvanas évek
végén mutatták ki, hogy a PAMAM dendrimerekben tömegük
háromszorosának megfelelõ aszpirin vagy mezõgazdaságban
alkalmazható vegyszer helyezhetõ el. Az ibuprofen oldhatósága
a kétszeresére nõ, ha a víz dendrimert is tartalmaz.
Dendrimerekbõl és rákellenes szerekbõl "polimer
terapeutikumokat" állítottak már elõ.
A dendrimerek üregei nemcsak vendégmolekulákat tartalmazhatnak, hanem nanoreaktorokként is mûködhetnek. A vinil-acetát vagy az akrilnitril ezekben a micellaszerû reaktorokban polimerizálódva lineáris-dendrites (spagetti-húsgombóc) hibrid kompozíciókat képezhet.
A Chemistry & Industry nyomán