臺灣博碩士論文加值系統

利用流動注射高分子分析法 (Flow Injection Polymer Analysis, FIPA) 結合直角度 (90°)雷射光光散射儀 (Right-Angle Laser Light Scattering，簡稱RALLS)來對樹枝狀高分子 (dendrimer)進行靜態光散射檢測。由於樹枝狀分子的結構大多類似於硬球狀，並非一般的random coil或rod-like構形，故無法使用一般標準品如PEO(polyethylene oxide)或Dextran來校正儀器因子，進而正確計算樹枝狀高分子之分子量。有鑑於此，我們將利用光散射儀原理中Rayleigh方程式所提到的光散射訊號強度除以濃度會正比於真實分子量的關係來建立尺度關係 (scaling relation)圖。
以已知具有高純度且修飾上吡啶 (pyridine)外圍官能基的聚乙二胺樹枝狀高分子和未修飾上吡啶的聚乙二胺樹枝狀高分子 (修飾上吡啶，分子量範圍：24134至197938 Da；未修飾吡啶，分子量範圍：14215至116493 Da)，在稀薄溶液下進行實驗。分別將4至7代樣品所提供的理論分子量與流動注射高分子分析法 (FIPA)測得的RALLS強度積分面積除以濃度值進行線性回歸，實驗結果皆可得到高度相關性，證實兩者的確能具有良好的尺度關係。接著還利用混合其他代數的不純樣品進行線性回歸，得到的R2值明顯下降許多。由以上結果可知，只要樹枝狀高分子樣品的純度不夠，建立出的檢量線就無法得到良好的尺度關係。
利用高純度樣品所建立的尺度關係對一系列未完全反應的樹枝狀樣品進行研究，從實驗結果可知只要樣品不夠純，數據點就會依照程度不同而偏離線性關係，藉此可知的確能將此方法應用於檢測樹枝狀樣品是否為不純物。
除此之外，我們還將可能受到樣品秤重影響而造成誤差的濃度值利用折射計訊號值來取代，最後結果也都能獲得良好的尺度關係；因此即便樣品為一未知濃度的樣品，仍可利用此方法來進行樹枝狀高分子的檢驗或是建立尺度關係。
目前在樹枝狀高分子的合成當中，合成出的樹枝狀產物可能同時含有未完全轉換的其他代數高分子，造成其純度不定。綜觀以上結果，我們推斷應可使用較易獲取的低代數樹枝狀高分子先建立良好的尺度關係後，再用來檢測同類型的較高代數樹枝狀高分子是否具有良好的純度。本方法不僅簡單快速，且不需使用常見用來檢測樹枝狀高分子的昂貴儀器，如：核磁共振儀 (Nuclear magnetic resonance, NMR)與基質輔助雷射脫附游離飛行時間質譜儀 (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight Mass Spectrometry, MALDI-TOF MS)，因此也不會受到此兩種方法在檢測樹枝狀高分子的限制。

Unlike the configuration of long chain polymers such as random coil or rod-like shape the structures of dendrimer are of a rigid sphere. Therefore conventional polymer standards like polyethylene oxide (PEO) or dextran are not applicable to calibrate static light scattering (SLS) detector to directly determine the molecular weight (M.W.) of dendrimers. To overcome this limitation, in this thesis having verified the scaling relation of static light scattering intensity per concentration versus molecular weight of dendrimer,we use this relation for M.W. estimations.
The solutions of poly (amidoamine) (PAMAM) dendrimers and pyridine modified PAMAM dendrimer standards ranging from the fourth to seventh generation sizes were used to establish the above scaling relationusing flow injection polymer analysis (FIPA) with right angle laser light scattering (RALLS) detection. The high linearity between the LS intensity per concentration and M.W. value is proved. We also used artificial impure samples which mixed with other generation dendrimers to examine the validity of linear scaling relation. However, the R square values were significantly decreased.
We also measured the M.W. of impure dendrimers by substituting the scattering LS intensity per concentration in the established. Considerable deviations from the M.W. of standards were found.
In addition,we usedRI signal to replace the concentration of the sample which may be weighing error.The final results can get a good scaling relationship.When the unknown concentration of the sample, we still can use this method to test dendrimer usingscaling relationships.
We infer that we can firstly use the available dendrimer standards to establish a scaling relation, and to examine the purity of synthesized dendrimer of higher generations. This method requiredaffordable equipment is straightforward without using state-of-the-arts expensive equipment such as Nuclear Magnetic Resonance (NMR) or Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF MS).

總目錄
摘要 I
Abstract III
總目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 前言與研究動機 1
1-2 樹枝狀高分子介紹 2
1-2-1 樹枝狀高分子的起源與發展 3
1-2-3 樹枝狀高分子的特性與應用 5
1-3 膠體滲透層析儀 5
1-3-1 膠體滲透層析儀簡介 5
1-3-2 膠體滲透層析儀系統設計圖 7
1-3-3 折射計原理 8
1-3-4 光散射儀原理 10
1-3-5 直角度光散射儀與低角度光散射儀之比較 12
1-3-6 膠體滲透層析儀之系統平衡 16
1-3-7膠體滲透層析法與流動注射分析法之管柱比較 16
第二章實驗方法 19
2-1 實驗器材與儀器設備 19
2-1-1 凝膠滲透層析儀器設備 19
2-1-2 一般實驗器材 19
2-2 藥品與溶劑 20
2-3 藥品與動相配製 22
2-4 儀器條件設定 23
2-5 建立校正圖譜 23
第三章實驗結果與討論 26
3-1 以高純度樣品建立尺度關係 28
3-2 以混合物樣品檢視尺度關係的偏移 32
3-3 高純度樣品之良好尺度關係在合成實驗中的應用 40
3-3-1 樣品含有未完全轉換的其他代數高分子 40
3-3-2 外圍官能基未完全修飾的樣品 42
3-3-3 利用未完全反應的產物檢視尺度關係的偏移 43
3-4 利用折射計訊號值取代濃度值建立尺度關係 54
第四章結論 59
參考文獻 61
附錄 65
Polydispersity (PDI) 65
PEG-modified PAMAM dendrimer 66


圖目錄
圖 1-1 高分子型態圖 2
圖 1-2 樹枝狀高分子結構示意圖 4
圖 1-3 樹枝狀高分子結構成長示意圖 4
圖 1-4 GPC管柱分離機制示意圖 6
圖 1-5 膠體滲透層析儀系統的流路示意圖 7
圖 1-6 折射計系統設計圖 8
圖 1-7 折射計的光學原理 8
圖 1-8 瑞利散射原理圖 10
圖 1-9 直角度雷射光光散射儀入射示意圖 13
圖 1-10 直角度雷射光光散射儀的Zimm plot 14
圖 1-11 低角度雷射光光散射儀入射示意圖 15
圖 1-12 低角度雷射光光散射儀的Zimm plot 15
圖 1-13 樣品在 (A) GPC及 (B) FIPA方法中滯留於固定相的過程 17
圖 1-14 在GPC和FIPA條件下，各別的層析圖譜及相關圖譜資訊 18
圖 2-1 普魯藍多醣 (pullulan)單體結構式 20
圖 2-2 聚乙二胺樹枝狀高分子結構式 21
圖 2-3 外圍修飾上吡啶的聚乙二胺樹枝狀高分子結構式 (G1-2PY) 21
圖 2-4 pullulan 200k (P200k)層析圖譜及計算結果 24
圖 2-5 pullulan 100k (P100k)層析圖譜及計算結果 25
圖 3-1 PAMAM-G4~PAMAM-G7之RALLS強度積分面積/濃度對分子量的尺度關係圖 30
圖 3-2G4-2PY~G7-2PY之RALLS強度積分面積/濃度對分子量的尺度關係圖 31
圖 3-3 PAMAM-G4, G5, G6’, G7’之RALLS強度積分面積/濃度對分子量的尺度關係圖 35
圖 3-4 PAMAM-G4, G5, G6’’, G7’’之RALLS強度積分面積/濃度對分子量的尺度關係圖 36
圖 3-5 G4, G5, G6’, G7’-2PY之RALLS強度積分面積/濃度對分子量的尺度關係圖 38
圖 3-6 G4, G5, G6’’, G7’’-2PY之RALLS強度積分面積/濃度對分子量的尺度關係圖 39
圖 3-7 PAMAM-G7於G4~G7-2PY所建立的尺度關係圖當中 46
圖 3-8 G4-2PY~G6-2PY, PAMAM-G7之RALLS強度積分面積/濃度對分子量的尺度關係圖 47
圖 3-9 G7-2PY-im (impurity)於G4~G7-2PY所建立的尺度關係圖當中 48
圖 3-10 G4-2PY~G6-2PY, G7-2PY-im (impurity)之RALLS強度積分面積/濃度對分子量的尺度關係圖 49
圖 3-11 G7-2PY-N-1~ G7-2PY-N-4於G4,G5,G7-2PY所建立的尺度關係圖當中 51
圖 3-12 G4, G5-2PY分別與G7-2PY-N-1~ G7-2PY-N-4之RALLS強度積分面積/濃度對分子量的尺度關係圖 52
圖 3-13 G4, G5-2PY分別與G7-2PY-N-1~ G7-2PY-N-4之RALLS強度積分面積/濃度對分子量的尺度關係圖 53
圖 3-14 PAMAM-G4~PAMAM-G7之RALLS強度積分面積/RI強度積分面積對分子量的尺度關係圖 57
圖 3-15 G4-2PY~G7-2PY之RALLS強度積分面積/RI強度積分面積對分子量的尺度關係圖 58
圖 A-1外圍修飾上聚乙二醇的聚乙二胺樹枝狀高分子結構式 (PEG-G2) 66
圖 A-2 PEG-G2~PEG-G5之RALLS強度積分面積/濃度對分子量的尺度關係圖 68


表目錄
表 2-1 以P200k與P100k作為校正方法，對標準樣品校正之結果 25
表 3-1樹枝狀高分子 (G4~G7)之表面官能基數目及理論分子量資訊 27
表 3-2 實驗所測得之PAMAM dendrimer相關資訊 29
表 3-3 實驗所測得之Pyridine-modified PAMAM dendrimer相關資訊 29
表 3-4 實驗所測得的PAMAM dendrimer及其混合物之相關資訊 34
表 3-5 實驗所測得的Pyridine-modified PAMAM dendrimer及其混合物之相關資訊 37
表 3-6 PAMAM dendrimer及Pyridine-modified PAMAM dendrimer，利用尺度關係圖進行回推分子量的結果 41
表 3-7 實驗所測得之Pyridine-modified PAMAM dendrimer與其不純物和PAMAM dendrimer之相關資訊 45
表 3-8 實驗所測得之Pyridine-modified PAMAM dendrimer與不同分子量分佈的樣品之相關資訊 50
表 3-9 實驗所測得之PAMAM dendrimer相關資訊 56
表 3-10 實驗所測得Pyridine-modified PAMAM dendrimer相關資訊 56
表 A-1PEG-modified PAMAM dendrimer (G4~G7)之表面官能基數目及理論分子量資訊 67
表 A-2實驗所測得之PEG-modified PAMAM dendrimer相關資訊 67

1.Tomalia, D.; Baker, H.; Dewald, J.; Hall, M.; Kallos, G.; Martin, S.; Roeck, J.; Ryder, J.; Smith, P., A new class of polymers: starburst-dendritic macromolecules. Polymer Journal 1985,17 (1), 117-132.
2.Flory, P. J., Thermodynamics of high polymer solutions. Journal of Chemical Physics1942,10 (1), 51-61.
3.Tomalia, D. A.; Baker, H.; Dewald, J.; Hall, M.; Kallos, G.; Martin, S.; Roeck, J.; Ryder, J.; Smith, P., Dendritic macromolecules: synthesis of starburst dendrimers. Macromolecules 1986,19 (9), 2466-2468.
4.Biswas, S.; Torchilin, V. P., Dendrimers for siRNA delivery. Pharmaceuticals 2013,6 (2), 161-183.
5.Tomalia, D. A.; Fréchet, J. M., Dendrimers and other dendritic polymers. J. Wiley & Sons: 2001.
6.Sowinska, M.; Urbanczyk-Lipkowska, Z., Advances in the chemistry of dendrimers. New Journal of Chemistry 2014,38 (6), 2168-2203.
7.Ma, Y.-q., Theoretical and computational studies of dendrimers as delivery vectors. Chemical Society Reviews 2013,42 (2), 705-727.
8.Tripathy, S.; Das, M. K., Dendrimers and their applications as novel drug delivery carriers. Journal of Applied Pharmaceutical Science2013,3 (09), 142-149.
9.Esfand, R.; Tomalia, D. A., Poly (amidoamine)(PAMAM) dendrimers: from biomimicry to drug delivery and biomedical applications. Drug Discovery Today 2001,6 (8), 427-436.
10.Biricova, V.; Laznickova, A., Dendrimers: Analytical characterization and applications. Bioorganic Chemistry 2009,37 (6), 185-192.
11.Bosman, A.; Janssen, H.; Meijer, E., About dendrimers: structure, physical properties, and applications. Chemical Reviews 1999,99 (7), 1665-1688.
12.Lo, S.-C.; Burn, P. L., Development of dendrimers: macromolecules for use in organic light-emitting diodes and solar cells. Chemical Reviews 2007,107 (4), 1097-1116.
13.Burn, P. L.; Lo, S. C.; Samuel, I. D., The development of light‐emitting dendrimers for displays. Advanced Materials 2007,19 (13), 1675-1688.
14.Esumi, K.; Akiyama, S.; Yoshimura, T., Multilayer formation using oppositely charged gold-and silver-dendrimer nanocomposites. Langmuir 2003,19 (18), 7679-7681.
15.Zhao, M.; Crooks, R. M., Dendrimer-Encapsulated Pt Nano-particles: Synthesis, Characterization, and Applications to Catalysis. Advanced Materials1999,11, 217-220.
16.Viscotek, Complete guide for GPC / SEC / GFC instrumentation and detection technologies. 2006.
17.Striegel, A.; Yau, W. W.; Kirkland, J. J.; Bly, D. D., Modern size-exclusion liquid chromatography: practice of gel permeation and gel filtration chromatography. John Wiley & Sons: 2009.
18.Model 302 TDA detectors instrument manual. Viscotek: Houston, 2002.
19.Wyatt, P. J., Differential refractometer. Google Patents:Washington, 1990.
20.Static light scattering technologies for GPC/SEC explained. Malvern Instruments Worcestershire, 2013.
21.Striegel, A. M., Multiple detection in size-exclusion chromatography. ACS Books: Washington,2005.
22.Clarke, P. G., LowAngle Light Scattering (LALS) for molecular weight determinations by GPC/SEC. In The Applications Book, Viscotek Europe: Basingstoke, 2003.
23.Mori, S.; Barth, H. G., Size exclusion chromatography. Springer: 1999.
24.Nobbmann, U. How does the separation process work in GPC/SEC/FIPA 2013.
25.Zimm, B. H., The scattering of light and the radial distribution function of high polymer solutions. The Journal of Chemical Physics 1948,16 (12), 1093-1099.