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Optically monitoring the microenvironment of a hydrophobic cargo in amphiphilic nanogels: influence of network composition on loading and release

  • Amphiphilic nanogels (ANGs) are promising carriers for hydrophobic cargos such as drugs, dyes, and catalysts. Loading content and release kinetics of these compounds are controlled by type and number of hydrophobic groups in the amphiphilic copolymer network. Thus, understanding the interactions between cargo and colloidal carrier is mandatory for a tailor-made and cargo-specific ANG design. To systematically explore the influence of the network composition on these interactions, we prepared a set of ANGs of different amphiphilicity and loaded these ANGs with varying concentrations of the solvatochromic dye Nile Red (NR). Here, NR acts as a hydrophobic model cargo to optically probe the polarity of its microenvironment. Analysis of the NR emission spectra as well as measurements of the fluorescence quantum yields and decay kinetics revealed a decrease in the polarity of the NR microenvironment with increasing hydrophobicity of the hydrophobic groups in the ANG network and dye–dyeAmphiphilic nanogels (ANGs) are promising carriers for hydrophobic cargos such as drugs, dyes, and catalysts. Loading content and release kinetics of these compounds are controlled by type and number of hydrophobic groups in the amphiphilic copolymer network. Thus, understanding the interactions between cargo and colloidal carrier is mandatory for a tailor-made and cargo-specific ANG design. To systematically explore the influence of the network composition on these interactions, we prepared a set of ANGs of different amphiphilicity and loaded these ANGs with varying concentrations of the solvatochromic dye Nile Red (NR). Here, NR acts as a hydrophobic model cargo to optically probe the polarity of its microenvironment. Analysis of the NR emission spectra as well as measurements of the fluorescence quantum yields and decay kinetics revealed a decrease in the polarity of the NR microenvironment with increasing hydrophobicity of the hydrophobic groups in the ANG network and dye–dye interactions at higher loading concentrations. At low NR concentrations, the hydrophobic cargo NR is encapsulated in the hydrophobic domains. Increasing NR concentrations resulted in probe molecules located in a more hydrophilic environment, i.e., at the nanodomain border, and favored dye–dye interactions and NR aggregation. These results correlate well with release experiments, indicating first NR release from more hydrophilic network locations. Overall, our findings demonstrate the importance to understand carrier–drug interactions for efficient loading and controlled release profiles in amphiphilic nanogels.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:C. López-Iglesias, A. Markovina, N. Nirmalananthan-Budau, Ute Resch-Genger, D. Klinger
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Nanoscale
Jahr der Erstveröffentlichung:2024
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.2 Biophotonik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:The Royal Society of Chemistry
Ausgabe/Heft:16
Erste Seite:9525
Letzte Seite:9535
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Freie Schlagwörter:Dye; Energy transfer; Lifetime; Limit of detection; Luminescence; Nano; Nile Red; Particle; Polymer; Probe; Quality assurance; Quantitative spectroscopy; Quantum yield; Sensor
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
Material
Material / Nano
Umwelt
Umwelt / Sensorik
DOI:10.1039/d4nr00051j
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-601603
ISSN:2040-3364
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:03.06.2024
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:03.06.2024
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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