پلیمرهای هوشمند


پلیمرهای هوشمند

متخصصان با الهام از سازوکارهای هوشمند موجود در طبیعت و همگام با سایر زمینه ها سعی در ساخت مواد هوشمندی داشته اند که قابلیت پاسخگویی به یک محرک خارجی معین را برای کاربردهای ویژه و نوظهور و رفع نیازهای تخصصی دارا باشد. یکی از گروه های اصلی مواد هوشمند مبتنی بر پلیمرهاست زیرا سنتز آنها ارزان تر و راحت تر از فلزات و سرامیک ها است. پلیمرهای هوشمند موادی هستند که تحت تاثیر تابع تحریک تغییرات بزرگ برگشت پذیری یا فیزیکی و شیمیایی را نشان می دهند. این مواد می توانند به یک محرک یا محرک های متعدد مانند دما، pH، میدان الکتریکی یا میدان مغناطیسی، شدت نور، زیستی مانند آنزیم ها و غیره پاسخ دهند که پاسخ های ماکروسکوپی را در مواد ایجاد می کنند. اکثر پلیمرها به راحتی می توانند با استفاده از روش های قبل از پلیمریزاسیون یا پس از پلیمریزاسیون مانند گیرنده های بیولوژیکی، عامل دار شوند. بنابراین محققان پلیمری از نظر ساختارهای شیمیایی پلیمری و اصلاح های پلیمری برای ایجاد تعداد نامحدودی از کاربرد ها برای این مواد هوشمند، دارای طیف وسیعی از امکانات هستند. طبق یک دسته بندی، پلیمرهای هوشمند نیز بر اساس حالت فیزیکی به سه حالت زنجیر آزاد در حالت محلول، ژل های سه بعدی و زنجیرهای سطحی تفکیک شده اند. بسته به نوع پاسخ به محرک همچون تغییرشکل یا حجم، ظهور تغییرات فیزیکی مانند تغییر رنگ یا انحلال پذیری و تغییرات ساختاری در زنجیر پلیمر، هر يك از اين پليمرهاي هوشمند در صنايع مختلف همچون پزشكي، نساجي، الكترونيك، مكانيك، هوا فضا و يا ساير صنايع كاربرد يافته اند. اين كاربردها امروزه به طور چشمگيري در حال پيشرفت هستند.

  کوپلیمرهای بلوک هوشمند

کوپلیمرهای بلوکی هوشمند دسته جدیدی از مواد کاربردی را با کاربرد بسیار زیادی در زمینه زمینه های مرتبط با صنایع مختلف نشان می دهد. کوپلیمرهای پیوندی و بلوکی از اهمیت ویژه ای برخوردارند زیرا آنها به طور کلی خصوصیات منحصر به فرد اجزای سازنده خود را حفظ می کنند. در مقایسه کوپلیمرهای تصادفی که دارای خواص “متوسط” دو جزء هستند. کوپلیمرهای پیوندی و بلوک نیز راه را برای ترکیب دو ویژگی متفاوت و غیر معمول در یک ساختار پلیمری نشان می دهند. دو قسمت مختلف کوپلیمرهای پیوند دهنده می تواند آنها را با ترکیبی از خواص مطلوب برای کاربردهای خاص مطلوب سازد. کوپلیمرهای بلوک دوگانه دوست شامل حداقل دو یا چند بخش مخلوط آب دوستی و آب گریزی و قطعات سوپرمولکولی هستند. برهم کنش های آبدوستی یک نیروی محرک اساسی در مونتاژ سیستم های دوگانه دوست هستند. مایسل های بلوک کوپلیمر به طور کلی توسط خود مونتاژی همو پلیمرهای دوگانه دوست یا از طریق باردار کردن سطحی با بار مخالف در محیط آب تشکیل می شوند. بر خلاف گروه های کوچک آب دوست، وقتی آبدوست بزرگتر مانند ماکرومولکول ها معرفی می شوند، شبکه پیوند هیدروژنی هیچ راهی برای سازماندهی مجدد برای پذیرش حجم زیادی از گونه های قطبی ندارد

پلیمرهای پاسخگو به pH در سامانه های دارورسانی

پلیمرهای حساس به pH را می توان به عنوان پلی الکترولیت ها تعریف کرد که در ساختار آنها شامل گروه های ضعیف اسیدی یا بازی هستند که پروتون ها را در پاسخ به تغییرات pH محیطی می پذیرند یا آزاد می کنند. گروه های اسیدی یا بازی این پلی الکترولیت ها می توانند مانند گروه اسیدی مونو اسیدها یا مونو باز ها یونیزه شوند؛ با این حال، یونیزاسیون کامل این سیستم ها به علت اثرات الکترواستاتیک توسط دیگر گروه های یونیزه مجاور انجام می شود. این باعث می شود که ثابت تشخیص ظاهری (Ka) متفاوت از مونواسید یا مونوباز مربوطه باشد. خصوصیات فیزیکی مانند شکل پذیری زنجیره ای، کانفورماسیون، حلالیت و حجم پلیمرهای حساس به pH می تواند با ایجاد تغییرات در زنجیره اصلی یا غلظت الکترولیت، باعث ایجاد نیروی دافعه الکترواستاتیک شود که باعث افزایش حجم هیدرودینامیکی پلیمر  می شود.

 

پلیمرهای پاسخگو به دما

پلیمرها به وسیله راه های متعددی می توانند ساختار های حساس به محیط به وجود آورند. در میان انواع پلیمرهای حساس به محیط، پلیمرهای پاسخگو به دما  به دلیل کاربرد فراوان آن ها در صنعت بیش از سایر پلیمرهای حساس به محیط مورد مطالعه قرار گرفته اند. افزایش توجهات به پلیمرهای پاسخگو به دما به دلیل رفتار آن ها در محیط های آبی می باشد که با افزایش دما می توانند رفتار انتقال فازی نشان دهند. پلیمرهای پاسخگو به دما در اشکال مختلفی وجود دارند که از جمله آن ها می توان زنجیره های آزاد در محلول، زنجیرهای پیوند خورده روی یک سطح شبکه ها و ژل ها، مواد جدا شده فازی و شبکه های برگشت پذیر یا فیزیکی و ژل های مجزا از یکدیگر متصل می شوند.

 پلیمرهای پاسخگو به دما می توانند دو نوع رفتار کلی در برابر دما از خود نشان دهند.

  1. پلیمرهایی که با افزایش دما می توانند سازگار شده و رفتار حداکثر دمای بحرانی محلول(UCST) را از خود نشان دهند.
  2. پلیمرهایی که با افزایش دما دو فاز شده و رفتار حداقل دمای بحرانی محلول(LCST) را از خود نشان می دهند. بسیاری از پلیمر ها با افزایش دما درآب حل می شوند اما این پلیمرها با افزیش دما دو فاز شده و خواص منحصر به فردی را ایجاد می کنند. رفتار LCST وابسته به پیوند هیدروژنی بین مولکول های آب و ساختار واحد های مونومر در زمجیره پلیمر است. تغییرات فشاری یا تغییرات متناوب برگشت پذیر برای پلیمرهای پاسخگو به دما در تغییرات کم دما وجود دارد.

این رفتار به علت اختلاف در حلالیت، در نمودارهای فازی، در مخلوط دوتایی حلال/ پلیمر اتفاق می افتد که همراه با جدایی فازی است.  اگر افزایش دما منجر به تشکیل دوفاز مایع امتزاج ناپذیر با غلظت های پلیمر متفاوت شود، این مخلوط پایین ترین دمای بحرانی محلول LCST را نشان می دهد. به عنوان پایین ترین نقطه در منحنی باینودال تعریف می شود. غلظت در این نقطه مینیمم، غلظت LCST خوانده می شود. اگر در مخلوط دوتایی، دوفاز مایع با کاهش دما تشکیل شود، بالاترین دمای بحرانی محلول UCST  نامیده می‌شود.

 

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *