Multidimensional characterization of polyelectrolytes and interpolyelectrolyte complexes in aqueous solutions

Abstract

Multidimenzionální charakterizace polyelektrolytů a interpolyelektrolytových komplexů ve vodných roztocích Abstrakt: Tato dizertační práce se zabývá studiem polyelektrolytů a jejich samoskladby ve vodných roztocích. Byly charakterizovány morfologie a ionizační stav jednotlivých řetězců i samoorganizovaných struktur vzniklých asociací s opačně nabitými částicemi. Zvláštní pozornost byla věnována regulaci náboje v krátkých i dlouhých slabých polyelektrolytech ve vodných roztocích za účelem hlubšího porozumění jejich odezvě na pH roztoku. Sledování změn ionizačního stavu a náboje oligopeptidů složených z 5 kyselých a 5 bazických aminokyselin vyvolaných změnou pH roztoku umožnilo zkoumat vzájemné působení souhlasně i opačně nabitých skupin. Ukázalo se, že intramolekulární elektrostatické interakce a konformační flexibilita vedly k potlačení celkového náboje a posílení ionizace peptidů. Pro získání představ o lokální koncentraci H+ iontů v blízkosti polyelektrolytového řetězce byla struktura polyelektrolytu modifikována připojením fluorescentního pH indikátoru na konec polymerního řetězce. Bylo zjištěno, že efektivní pK tohoto indikátoru neodpovídá zcela přesně lokální koncentraci H+ iontů a že tato neshoda je způsobena koncentračními fluktuacemi protiontů, konformačním chováním polyelektrolytu a interakcemi...

Multidimensional characterization of polyelectrolytes and interpolyelectrolyte complexes in aqueous solutions Abstract: This PhD thesis is dedicated to the study of polyelectrolytes and their self-assembly in aqueous solutions. The morphology and ionization state of individual polymer chains were investigated as well as their co-assembly with oppositely charged species. First, the charge regulation of short and long weak polyelectrolytes in aqueous solution was investigated to deeper understand their pH-responsive properties. The changes of ionization degree and charge of oligopeptides composed of 5 amino acids with acid side-chains and 5 with basic side chains were followed upon varying the pH in order to reveal the effect of interactions between the like-charged and oppositely charged groups. It was shown that intra-molecular electrostatic interactions and conformational flexibility caused the suppression of the total charge and enhancement of ionization of the peptides. To get an insight into the distribution of local H+ concentration in the proximity of a polyelectrolyte chain, a modified polyelectrolyte structure was used with a fluorescent pH- indicator, covalently attached at the end of the chain. Ionization of the pH-responsive fluorophore revealed its effective pK which was compared with the local...