Стимулирующие полимеры и их применение

Бір немесе бірнеше типті компоненттен құрылған молекула, мысалы аденинмен тимин бірлігінен құрылған нуклеин қышқылы. Егерде компонентті құраушылардың саны мен реті белгілі бір анықталған жүйе арқылы жасалмаса кездейсоқ сополимер түзіледі. Ерегде бірлік периодты қайталанатын болса, бұл жүйе қайталанған сополимерлі деп аталады.

Гидрогельдер негізінен полимерлі матрицадан тұрады, яғни бойында жоғары мөлшерде су болады. Гидрогельдің бойындағы су мөлшері оның полимерлі матрицасына әсер етуші күшке тікелей байланыста тәуелді болады. Бір жағынан гидрогельдің су сіңіру деңгейінің жоғарылауы нәтижесінде  ісіну дәрежесінің артуын болдыратын полярлы функциялар тарапынан полимерге әсер етуші күш болады. Ал екінші жағынан гидрогельдің ісіну күшіне қарсы тұратын, осы арқылы гидрогельдің шөгуіне әкелетін полярлы функциялар арқылы гидрогельге әсер ететін күш болады. Осы екі күш әсері тепе-теңдік жағдайында болса, онда гидрогельдің көлемі үнемі тұрақты болады.

Микро Тотальный Анализ Системы 2000 стр 175-178

Стимул сезімтал полимерлі гидрогельдер өздерінің ерекше механикалық қасиеттеріне байланысты өзіне елеулі назар тудыруда. Оларды әртүрлі салада қолдану үшін таңдаулы материалы бола алатын қабілеті үшін аса бағалайды. Физикалық немесе химиялық көлденең байланысты полимерлі гидрогельдер қолданбалы өріске қатысты жауап ретінде формасы бақыланатын және өзгеріске ұшырап отыруы мүмкін. Стимул немесе сыртқы орта бойына жылулық, электрлік, магниттік, рН, ульракүлгін көрінетін сәуле, йондық немесе металлдық өзара әрекеттесуді немесе олардың комбинациясынан тұруы мүмкін. Пішінінің өзгеруі 2 түрлі қозу жолымен білінеді: иілімді қозғалысты, үштік ісінуі, көлемнің өзгеруін береді. Бұл қайтымды қысқару және полимерлі гельдің кеңейілтілуі, сонымен қатар олардың механикалық қасиеттері биологиялық бөлімдермен анологиялық болып табылады.   

Кіріспе

Соңғы бірнеше онжылдықта стимулдарға әсер ететін қасиеттері бар көптеген функционалдық полимерлік желілер биомедициналық технологиялардан биоэлектроника мен инженерлік қосымшаларға дейін зерттеулердің көптеген салаларында кеңінен зерттелді. Бұл материалдар әдетте физикалық араластыру жолымен немесе сольватталған торлар (яғни гидрогельдер), көлемді монолиттер немесе жабындар түрінде полимерлі тізбектерді кілеммен немесе физикалық тігу жолымен қалыптасады. Соңғы жылдары елеулі зерттеу күш-жігері өзіндік қалпына келетін қасиеттері бар материалдарды әзірлеу мүмкіндігіне шоғырланды: (1) бастапқы материалдың механикалық қасиеттерін толық қалпына келтіретін зақымдану, қирату кезінде қашықтықтан басқарылатын (өздігінен) қысқыш қасиеттерге ықпал ету, (2) микрон өлшемінің жарықтарын, кесіктерін барынша аз сыртқы араласуымен жою және (әзірге аз дәрежеде) (3) полимерлердің жалпы өмірлік циклін ұзарту. Өздігінен тоқтайтын материалдар синтезінің екі негізгі стратегиясы бар: (1) бұзылу нүктесінде белсендірілетін және жаңа полимерлік желілердің қайта пайда болуын тудыратын капсулалар немесе талшықтар түріндегі катализаторларды сіңдіру, және (2) полимерлік матрицада немесе тігу нүктелері түрінде немесе бифункционалды құрылымдық элементтер түрінде (яғни мономерлер, олигомерлер және т.б.) динамикалық қайтымды байланыстарды қосу. Бірінші санат үшін оқырман мұнда тамаша шолу мақалаларына сілтеме жасай алады.

Сезімтал өзін-өзі тоқтататын полимерлердің тез дамуы негізінен сусымалы материалдардың тән реакциясымен жиі қиылысатын салыстырмалы жұмсақ физикалық-химиялық жағдайларда, стимулдарда жарылуы және түрлендірілуі мүмкін динамикалық (қайтымды) химиялық байланыстарды пайдаланумен байланысты.

Демек, бұл материалдардың емдік қасиеттері жиі қызығушылық тудыратын (кеңістіктік-уақытша бақылаумен) микрофазды бөлу, гель-күлдің ауысуы, көлемнің, форманың өзгеруі немесе фотохромды пікірмен сүйемелденеді, ол өз кезегінде, зақымдалған, жазылған аймақтың нақты уақыттағы мониторингі, емдеу уақытын жеделдету және механикалық қасиеттерді қалпына келтіру сияқты әр түрлі контекстерде қолданылуы мүмкін. Органикалық полимерлер химиясы саласындағы бақыланатын полимерлеу әдістерін пайдалану және ортогоналды химиялық стратегияларды әзірлеу (био-) сияқты ең маңызды жетістіктер күрделі полимерлік құрылымдарды бірнеше ынталандырулардың көмегімен тамаша икемділік пен жауап беру дәлдігімен синтездеуге мүмкіндік берді.

Динамикалық, яғни қайтымды байланыс ковалентті болуы мүмкін, мысалы (ретро-) Дильс-Альдер реакциясының өнімдері, дисульфидтік және диселенидтік көпіршелер, атаулы байланыстар, ацилгидразондар және боронаттың күрделі эфирінің қайтымды байланыстары, өзгелердің арасында, немесе сутегі байланыстарын, иондық және гидрофобтық өзара әрекеттесулерді π-π қалау, металды үйлестіру және иесінің өзара әрекеттесуі-мейман. Қолданылатын полимерлердің физика-химиялық қасиеттерімен үйлескен Осы тігу байланыстарының сипаты, ішінара материалдардың стимулдарға сезімталдығын, сондай-ақ олардың термодинамикалық параметрлерін анықтайды. Қалпына келтіру тетігі кезінде тігістердің диссоциациясы жаңа байланыстар пайда болғаннан кейін зақымдалған аймаққа жақын полимерлік тізбектердің қозғалысын және диффузияны уақытша арттырады, бұл желіні қалпына келтіруге және механикалық қасиеттерін қалпына келтіруге әкеледі. Осылайша, еркін көлемді оңтайландыру тізбектердің қажетті қозғалуына қол жеткізу үшін маңызды фактор болып табылады, ол сондай-ақ сыртқы стимулдармен де бақыланады.

Бұл шолуда біз осы өзара байланысты тарту нүктелері мен стимулдарға жауап беретін қасиеттермен байланыстарының диссоциациясы арасындағы өзара байланыстыруды ұсынамыз және соңғы мысалдар мен динамикалық полимерлердің әлеуетті қолдануларын бөліп аламыз. Біз "талап бойынша емдеу" кең мәнмәтінінде қолданбалы стимулға жауап ретінде механикалық емдеуге ұшырайтын полимерлік желілерде назар аударамыз. Бұл жүйелер температурадан жарыққа, тотығу-қалпына келтіру, pH және электромагниттік өріске ауыса отырып, емдеу механизмін іске қосуға жауапты белгілі бір стимулға сәйкес енгізіледі

Сополимерлі тізбектің өздігінен қайта қалпына келтірілуге қолданылатын сополимерлі тізбектердің динамикалық байланыстары мен сыртқы стимулы (1 Кесте). [2]

Реакция механизмі

Температура

Жарық

рН

Қышқылды-қалпына келтіру потенциалы

Электромагнитті

Мульти сезімтал

Дильс-Альдер

21-32

Майкл қосымша

33,41

Фото-циклоқосылу

Ацилгидразонды байланыс

39,40,64

108,112,170

110,169

Диселенидті байланыс

96,97

Дисульфидті байланыс

34-36, 61-63

71,72,98

143,144

110,169

Trithiocarbonate

Тереңдетілген карбамидті байланыс

Diarylbibenzofuranone

Иминді байл. (Шиффке негізделіп)

113-117

Циклодекстринді-қонақ молекула

55, 56

73,74,86,88

122,123

135-139

153-154

Кукурбитурил-қонақ молекла

57,58

Краун-эфирі

118-121

Металл-лиганды координация

75,92,93

128,130,131

159-167

π-π қабат

44-47

Сутекті байланыс

39,42-45

111,112,114

Электростатикалық әсер

Гидрофобты әсер

Боронатты эфирлер

176,178,180

175,177,179-183

Стимулирленетін полимерлер және олардың қолданылуы

Полимерлер негізіндегі адаптивті материалдар сыртқы тітіркендіргіштердің әсерінен өзінің химиялық немесе физикалық қасиеттерін өзгертуге қабілетті. Бұл материалдар көптеген жылдар бойы кеңінен қолдану үшін, мысалы, талап бойынша дәрі-дәрмектерді жеткізу, тіндерді генерациялау, қалпына келтіру, биосенсирлеу, зияткерлік жабындар мен жасанды бұлшықеттер үшін қарқынды зерттелді. Мұнда біз зондтау және биологиялық қабылдау, дәрілер мен атқарушы механизмдерді жеткізу саласындағы соңғы жетістіктерді қарастырамыз. Нақты мысалдар осы салалардың әрқайсысында келтірілген, және біз поли (N- изопропилакриламид) негізіндегі микрогельдер мен жинақтарға қатысты жұмысты топтарға бөлеміз.

Полимерлер біз күнделікті өмірде пайдаланатын нәрселерді барлық жерде сезініп, тіпті ДНҚ полимерлері мен ақуыздарға байланысты өмірдің өзі үшін жауап береді. Ғасырлар бойы полимерлер өмір сапасын жақсарту үшін қолданылды, бірақ заттардың шынайы полимерлік табиғаты (мысалы, табиғи каучук) белгілі болмады. 19-ші және 20-шы ғасырларда Резеңке өнеркәсібінің қозғалмалы экономикалық импульсі материалдар (яғни, полимерлер) олар қалай жұмыс істейді, неге реакция барысында сондай өзгерістерге ұшырайтынын тексеру үшін өте көп күш жұмсалды. Осылайша, полимерлердің табиғаты мен құрылымы туралы қарқынды дебаттар басталды, нәтижесінде Штаудингердің макромолекулярлы теориясы қабылданды, ол полимерлерді бірге ковалентті байланысқан көптеген элементарлық буындардан (мономерлерден) тұратын ретінде сипаттады. Бұл теория нейлон алғаш рет синтездеген Каротерс эксперименттерімен расталды. Осы пионерлердің жұмысына сүйене отырып, бірқатар басқа зерттеушілер осы салада жаңашыл жетістіктерге қол жеткізді және осы онжылдықтарда бұл жұмыс көптеген Нобель сыйлықтарын әкелді. Бұл біріккен білім көпшілігі үйренген өмірдің жоғары сапасына жеке-дара жауап бере алатын, барлық ақылға қонымды салаларда қолданылыс көзі болып табылатын жан-жақты полимерлерді әзірлеуге мүмкіндік берді.

Бұл іргелі зерттеу, сондай-ақ қоршаған ортаға әсер ететін, қоршаған ортаға байланысты өздерінің физикалық және химиялық қасиеттерін өзгерте алатын полимерлердің жаңа класын әзірлеуге әкелді. Cтимулдарға әсер ететін полимерлер деп аталатын бұл полимерлер (немесе ақылды полимерлер) әртүрлі стимулдарға әрекет ету үшін синтезделді, мысалы, pH, температура, механикалық күш, түрлі шағын молекулалар мен биомолекулалар, және электрлік не магниттік өрістер. Oлардың дамуы жиі табиғатты имитациялау ниетімен байланысты. Интеллектуалдық полимерлер биология және медицина саласында көптеген қолданбаларды тапты және датчиктер мен биосенсорлар ретінде пайдаланылуы мүмкін, бақыланатын және іске қосылатын дәрі-дәрмектерді жеткізу үшін, қоршаған ортаны қалпына келтіру үшін химиялық-механикалық жетектер, және басқа да көптеген қолданбалар үшін. Тітіркендіргіштердің көптеген жауаптарынан (кейбір нақты жоғарыда аталған), әрине, ең жақсы зерттелген және температураға жауап түсінікті. Мысалы, кейбір полимерлер ерітіндінің (LCST) өте төмен критикалық температурасына ие, ол қабаттану температурасынан туындаған ең төмен температура болып табылады. Яғни, ТКТ төмен полимерлі тізбектер мен еріткіш молекулалары бір гомогенді аралас фазада, ал ТКТ жоғары фазалық бөліну энтропиялық процесс арқылы жүреді. Поли (N–изопропилакриламид) (pNIPAm) физиологиялық температураға жақын шамамен 32°C температурада ТКТ танытатын неғұрлым зерттелген термосезімтал полимерлердің бірі болып табылады. Ерітіндінің температурасы ТКТ-ден жоғары көтерілуіне қарай, pNIPAm тізбектері кеңейтілген (сольватталған) кездейсоқ катушкадан жинақы (десольватталған) глобулярлы конформацияға ауысуға ұшырайды. Жекелеген полимерлік тізбектер үшін катушканың глобулға көшуін полимерлік композицияны реттей отырып, термодинамикалық бақылауға болады, яғни ТКТ гидрофильді немесе гидрофобты мономермен сополимерлеу жолымен неғұрлым жоғары немесе төмен температураға жылжиды. Көптеген полимерлер болады, оларды танытатын ТКТ сияқты поли [N-[2-(диэтиламино) этилакриламид]] (PDEAEAM), поли (N,N-диметиламиноэтилметакрилат) (PDMAEMA), поли (N,N-диэтиламиноэтилметакрилат) (PDEAEMA), поли (2-(N-морфолин)этилметакрилат) (PMEMA), поли [олиго (этилен) гликоль) метакрилат] және поли (N,N-диэтилакриламид) (PDEAAM). Бұдан басқа, мультиреактивті полимерлер басқа функционалдық топтарды термосезімтал полимерге қосу жолымен синтезделуі мүмкін. Мысалы, қоршаған ортаның рН өзгерген кезде протондар беруге немесе қабылдауға қабілетті иондалған функционалдық топтары бар рН сезімтал қосылыстар пайдаланылуы мүмкін. Кейбір көп таралған мысал болып табылады акрил қышқылы (AAc) және N,N-диметиламиноэтилметакрилат (DMAEMA). Жарық сезгіш мономерлер де температура мен жарыққа сезімталдықты көрсететін материалдарды жасау үшін пайдаланылуы мүмкін; типтік мысал азобензол болып табылады. Көп жағдайда бұл полимерлердің реакциясы полимерге қосылған жарық сезгіш молекулалардың изомеризациялану жарығының нәтижесі болып табылады, бірақ жарықпен бастамашылық ететін иондауды қоса алғанда, басқа да механизмдер болуы мүмкін. Ақырында, сондай-ақ биологиялық сезімтал жүйелер алынуы мүмкін, мысалы ферментативті-сезімтал полимерлер және глюкозо сезімтал полимерлер, олар табиғатта биологиялық үлгілерде бар ынталандыруларға жауап бере алады. Әдетте, биомолекуланың басып алуы бар нәтиже болып табылатын полимерде иммобилизацияланған өзара іс-қимыл жасайтын нысанаға әкеледі, бұл өз кезегінде тігілуге немесе электр желісіне әкеледі.

Стимулсезімтал сополимерлердің қолданылуы

Сезімталдығы және биосенсирленуі

Сенсор дербес интеграцияланған құрылғы болып табылады, ол өз ортасынан кіріс деректерді қабылдай алады және оны өңделетін және оқылатын нәтижеге түрлендіріле алатын шығыс сигналына түрлендіре алады. Ұқсас, биосенсор-бұл қызығушылық тудыратын биологиялық түрлерді анықтауға және сандық анықтауға қабілетті құрылғы. Тұтастай алғанда, биосенсор әртүрлі кедергі жасайтын түрлерден тұратын күрделі қоспадан қызықты түрді (талдаушы) анықтауға және қысқа уақыт ішінде нақты нәтижелерді қамтамасыз етуге қабілетті болуы тиіс. Кейбір жағдайларда биосенсорлар дамушы елдерде емделушілерді емдеу тиімділігін арттыру үшін шектеулі ресурстар жағдайында және медициналық көмек көрсету орындарында (POC) биологиялық талдауларды анықтауға қабілетті болуы тиіс. Мұны орындау дамушы елдердегі адамдардың денсаулығы үшін оң нәтижелерге ие болады.

Полимерлер негізіндегі сезімтал датчиктер өзінің талдаушылардың болуын физикалық және химиялық өзгерістерге түрлендіру қабілеттілігінің арқасында айтарлықтай назар аударды. Мысалы, Dostálek және оның әріптестері поли генерацияланады ( N-isopropylacrylamide)-бірге methacrylic қышқылы (pNIPAm-бірге-MAAc) суреттегі плазмалық резонансты (SPR) датчиктің беткейіндегі индийдің оксиді және microheaters қалайы беті бар SPR тюнинг сигналын қамтамасыз ету үшін енгізілген гидрогель. Сурет 1 Микрожылытқыштарды пайдалана отырып пНИПААМ негізінде арасындағы ісінген және үрленген материалдардан жылдам жылу белгілерін алуға болады, бұл өз кезегінде материалдың термооптикалық коэффициентін

 dn/dT =2× 10⁻² RIU K⁻¹

береді. Бұдан басқа, гидрогель қабаты полимерлік желіде биотаным элементтерін құрастыру жолымен биосенсорлық қолдануға арналған 3D-байланыстырушы матрицасы бола алады. Бұл мысалда авторлары G (mIgG) арқылы 1-этил-3-(3-диметиламинопропил) карбодиимид (EDC), ол қабілетті аIgG анти-тышқан IgG флуор 647 (a-mIgG)  арқылы жаулап ала алатын тышқан иммуноглобулині арқылы гидрогельді модифицирлеген. Флуоресценцияның жоғары қарқындылығы SPR резонанстық бұрышында байқалды, бұл SPR электр өрісінің күшеюімен түсіндіріледі. Сонымен қатар, температураның жоғарылауы кезінде байланыстырушы матрица қирап, резонанстық бұрыштың жылжуына, сондай-ақ флуоресценцияның қарқындылығын азайтуға алып келді. Демек, резонанс бұрышында SPR қозғалған флуоресценция сигналы гидрогельді байланыстыратын матрицаның ісінуі және үрленуі арқылы іс жүзінде қосылуы және өшірілуі мүмкін.

1 Сурет.

Pnipam-co-Mauc гидрогелімен модификацияланған сенсорлық SPR- құрылғының принципті сұлбасы, сигналды тез күйге келтіруді қамтамасыз ететін Ito микрон жылытқыштары бар. Реф рұқсатымен қайта басылды. Copyright 2013, американдық химиялық қоғам.

Стимулдарға ден қоятын нанобөлшектердің полимерлері модификацияланған соңғы жылдары сезімталдық пен биосенсирлеуге айтарлықтай көңіл бөледі. Нанобөлшектердің кванттық әсерлерінің арқасында бірегей оптикалық қасиеттер ( мысалы , фототүссіздендірусіз жарқын сәуле) көрінеді, бұл оларды сенсорлардағы репортер үшін мінсіз үміткерлер етеді. Бұдан басқа, беттік-байланысты ынталандыруларға әсер ететін полимерлердің конформациялық өзгерістері байқалатын оптикалық қасиеттердің өзгерістеріне түрленуі мүмкін, оларды зондтау және биосенсирлеу үшін пайдалануға болады. Бір мысалда Hoogenboom және оның әріптестері pNIPAm термореактивті қабықшамен au (AuNP) нанобөлшектерін жапқан температура мен тұздың колориметрлік датчигін жасады. pNIPAm полимері 2 - (((бутилтио) карбонотиоил)тио) пропаноатты (MBTTC) пайдаланып, тізбекті тасымалдау агенті (CTA) ретінде KRAFT полимерлеуімен синтезделген және содан кейін лигандармен алмасу процесінің көмегімен AuNP бетіне егілген. PNIPAm модификацияланған aunp тұзының әртүрлі концентрациялары бар ерітінділер әсер еткенде, суреттегі схемалық түрде көрсетілгендей жоғары температураларда қызыл түстен күлгін немесе көк түстерге өзгерте алады. Бұл AuNP электрондық байланыс SPR агрегациясына байланысты пайда болады, ол көрінетін түсті өзгертуге әкеледі. Бұл зерттеуде авторлар, сондай-ақ, NaCl-мен салыстырғанда, зарядтың экрандалуынан және Хофмайстердің әсерлерінен NaSCN қатысуымен температуралық сезімталдық ауқымы ұлғайған.

Стимулдарға сезімтал полимерлер, сондай-ақ фотонды кристалдарды (ДК) генерациялау үшін құрылыс блоктары ретінде пайдаланылуы мүмкін, олар материалдың периодтық құрылымымен жарықтың өзара әсерлесуінің арқасында құрылымдық түс көрсетеді. Бұл өзара іс-қимыл ақыр соңында түс беретін жарық толқындарының белгілі бір ұзындығын конструктивтік / жойғыш араласуға әкеледі. Әдетте, ДК бір өлшемді (1-D), екі өлшемді (2-D) және үш өлшемді (3-D)ретінде жіктеуге болады. Құрылғыдан "шағылысқан" жарық толқынының ұзындығы ең алдымен материалдың көзбен көрінетін түсін анықтайтын материал торларының арасындағы қашықтықпен анықталады. Егер фотонды кристалл сезімтал полимерлі құрылыс блоктарынан тұрса, онда тордың интервалы (және визуалды түс) сыртқы тітіркендіргіштерді қолдану арқылы теңгеруге болады. Адаптивті ДК-нің ең танымал ерте мысалдары үш өлшемді фотонды кристалдар негізінде сенсорларды алғаш рет әзірлеген Ашер тобынан алынған. Бұл талдауға сезімтал гидрогельді матрицаларға реттелген кристалды коллоид торларын (CCA) біріктіру арқылы қол жеткізілді. Бұл материалдар PH ерітіндісін, ионды күшін, температураны және биологиялық немесе химиялық мақсаттардың болуын анықтау үшін пайдаланылды. Бір мысалда металл иондарына арналған ДК үшөлшемді сенсоры полистирольді сфералардың реттелген массивінен тұратын гидрогельге 4-акрилоиламинобензо–18-краун–6 (AAB18C6) сополимерлеу жолымен жасалған. Mеталл иондары AAB18C6 краун-эфирімен байланысқан кезде, гидрогель полимерлік желідегі зарядтың тығыздығының артуынан ісіп кетеді, бұл осмотикалық қысымның ұлғаюына және желінің ісінуіне алып келді. Ісіну нәтижесінде гидрогельді тордағы полистиролды салалар бір-бірінен бөлінеді,бұл "шағылысқан" жарықтың қызыл ығысуына әкеледі.

Басқа мысалда Хейворд пен оның әріптестері бір өлшемді брэгг айналарын құру үшін жоғары және төмен сыну көрсеткіші бар полимерлердің кезектесетін қабаттарын жағып, колориметрлік температура датчиктерін әзірледі. Жоғары сыну көрсеткіші бар Полимер сезімтал емес поли (пара-метилстирол) (PpMS) болды, ал сыну көрсеткіші төмен полимер поли температурасына сезімтал болды (N-изопропилакриламид)–со-акрил қышқылы. Бөлме температурасында суға батқаннан кейін полимерлік пакет 710 нм брэггов шыңы мен қызғылт сары түсті көрсетті. PNIPAm негізіндегі полимерлік қабат қызған кезде Сығылған, бұл PpMS қабаттарының жақындасуына және шағылысқан жарықта толқындардың неғұрлым төмен ұзындықтарына сәйкес жылжуына алып келді. Бұл сондай-ақ күріш көрінгендей түсті өзгертуге әкелді. Сонымен қатар, түсті қайта құру температурамен толығымен қайтымды болды.

Стимулдарға сезімтал полимерлер үлкен әлеуетке ие, оны зондтау және биосенсирлеу үшін қолдануға болады, әлі де көп міндеттерді шешу керек. Мысалы, сезімталдықты, селективтілікті, тұрақтылықты, датчиктер сигналдарын іріктеу мен оқуды жақсарту мүмкіндігі бар. Дегенмен, біз сенсорлардың ынталандырулар негізіндегі артықшылықтары ( яғни, олардың жасаудың қарапайымдылығы мен әмбебаптығы) негативтерді әлдеқайда асып түседі деп есептейміз және бұл датчиктер әр түрлі ортада пайдаланылатынын анықтауға болады.

Атқарушы механизмдердің басқа өте маңызды сыныбы тітіркендіргіштерге жауап ретінде көлемін өзгертетін гидрогельдерден тұрады. Стимулдарға әсер ететін гидрогельдер-температураны, pH, иондық күш, химиялық заттарды, электр және жарықты қоса алғанда, әртүрлі сыртқы әсерлерге жауап ретінде суды сіңіретін, ісінетін және сығатын үш өлшемді желілер. Гидрогельді жетектер ісіну және шөгу кезінде макроскопиялық өзгерістер жасайды. Таяудағы мысалда Аида мен оның әріптестері электролиттің бет жағына бағытталған наноқұрылымнан тұратын қабатты гидрогель құрастырды. Бұл ерекше геометрия гидрогель ішіндегі елеулі анизотропты электростатикалық итеруге әкеледі. Олар материал электростатикалық өткізгіштіктің өзгеруіне жауап ретінде оның электростатикалық анизотропиясын модуляциялау арқылы жұмыс істей алатынын көрсетті. Электростатикалық өткізгіштігі ерітіндінің температурасына байланысты материалдың сольватациясының жай-күйін өзгерту жолымен бақылануы мүмкін. Жақында Дин және оның әріптестерінің есептеуіш үлгісін құрастырудың жаңа тұжырымдамасын көрсету үшін жасап шығарды, ол стимулдарға әсер ететін полимерлердің 3D-басып шығару арқасында мүмкін болды, форманың (SMP) жады бар полимерлер мен гидрогельдер. Бұл тәсіл форманы өзгерту үшін қозғаушы күш ретінде гидрогельдің ісінуін және форманың осындай өзгерістерінің уақытын реттеу үшін форманың жады бар полимердің температурасына байланысты модулін қолданады. Температура мен су ортасын бақылау екі тұрақты конфигурация арасында ауысуға мүмкіндік береді. Конструкция салыстырмалы түрде қатты және құрылғыны оқыту үшін механикалық жүктемесіз әрбір күйдегі жүктерді тасымалдауға болады. Дизайн принциптерін қолдана отырып, олар бүктеу, ширату және оригами тұжырымдамалары негізінде форманың кері өзгерістерін көрсететін бірнеше өзгермелі құрылымның мінез-құлқын құрып, көрсетті.

Медицинадағы стимул сезімтал полимер

Сыртқы тітіркендіргіштерге әсер етуі мүмкін полимерлер медицинада үлкен қызығушылық тудырады, әсіресе бақыланатын дәрілік заттар автомобильдерді жіберу ретінде. Осы сыни шолуда біз терапевтік мақсаттарда пайдаланылатын ынталандыруларға жауап реакцияларының түрлерін және бүгінгі күні әзірленген реакция материалдарының негізгі сыныптарын қарастырамыз. Осы полимерлерді биомедициналық пайдаланудың кең мүмкіндіктеріне ерекше көңіл бөлінеді дәрілік құралдан бастап жеткізу жүйесі және ферментативті функцияның контроллерлеріне және гендердің экспрессиясына арналған жасушалық адгезияның медиаторлары

Қорытынды

Полимерлер негізіндегі жүйенің стимулына сезімталдығы онжылдықтар бойы белгілі болса да, тек салыстырмалы түрде жақында ғана олардың мінез-құлқын толық пайдалануды қамтамасыз ететін деңгейде түсінуге болады. Ынталандыру әсер ететін полимерлер әртүрлі әдістерді пайдалана отырып синтезделген және көптеген қолдану үшін қолданылған; біз мұнда олардың кейбір қосымшаларын ғана сипаттаймыз. Болашақта стимулдарға әсер ететін полимерлерді биологиялық жүйелермен және наноөлшемді материалдармен біріктіре отырып, әртүрлі жаңа функциялар (және қасиеттер) қолжетімді болады. Бұл әзірленім жаңадан анықталған мінез-құлықты сипаттайтын жаңа теориялармен қолдауы тиіс, сондықтан жаңа материалдарды әзірлеу нақты қолдану қажеттілігін қанағаттандыру үшін ақылға қонымды тәсілмен орындалуы мүмкін. Басқа мәселе көптеген сыртқы тітіркендіргіштерге "зияткерлік" және болжамды түрде жауап беретін жүйелерді әзірлеу болып табылады. Бұл материалдар ұзақ мерзімді тұрақты және ұзақ мерзімді биомиметикалық жүйелерді әзірлеуді қолдау үшін қажет. Бұл шолуда ұсынылған тұжырымдамалар полимерлер тарихын енгізуді, сондай-ақ тітіркендіргіштерге әсер ететін материалдарды қолдануды қамтиды. Осы кең және күрделі тақырыптың толық көрінісін дәйексөз мақалалардан алуға болады. [1]

N-изопропилакриламид негізіндегі полимерлер

N-изопропилакриламид (НИПААМ) негізіндегі полимерлер фазалық ауысумен сипатталатын көп перспективалы термосезімтал материалдардың бірі болып табылады. Су ортасында адам ағзасының температурасына жақын температурада. Бұл нипаам үшін араласудың төменгі сыни температурасы (НКТС) 32⁰С. Нипаам гомоген негізіндегі сызықты полимерлердің су ерітінділері бөлме температурасында, ал тиісті полимерлік тізбектер түзетілген. Алайда температураның НКТС жоғары жоғарылауы кезінде ерітінді полимердің агрегациясы мен тұнбауынан лайланады. Көрсетілген фазалық ауысу кері болып табылады және НКТС жанында аздаған температуралық өзгерістермен ТШ немесе басқа облысқа бастамашылық жасау. НКТС-ның адам ағзасының температурасына жақындығы қызығушылық тудырады, осы объектіге зерттеушілерді жіберу, өйткені олардағы босайтын инкорпорацияланған биомедициналық материалдарды адрестік және басқарумен алу мүмкіндігі пайда болады дәрілік қосылыстар [1] Фазалық өту механизмі полимерлік тізбектердің гидратациясымен, дегидратациясымен түсіндіріледі. Бөлме температурасында су молекулалары сутекті байланыстар арқылы полиниптің амидті топтарымен байланысты, осыған байланысты гидратталған полимерлі тізбектер ерітіндіде болады. Температура хаосты термоиницирленген тербелістер молекулалардың ослабляют сутекті байланыс молекулалар су мигрируют бірі полимердің, полимерлі тізбектердің гидратациясын төмендетіп. Полимерлік тізбектердің гидрофобты табиғаты басым болып, полимердің шөгуін тудырады.

Нипаам тігілген полимерлер (сондай-ақ оның негізіндегі сополимерлер) үшін температура кезінде НКТС-дан төмен, нктс-дан жоғары температурада әлсірететін гидрофильді функционалдық топтардың (судың сорбциясының ұлғаюына әкелетін) қатысуымен сутегі байланыстарының түзілуі тән, бұл ретте гидрофобтық өзара іс-қимыл күшейе түседі. Айта кетейік, бұл макромолекуланың ішіндегі және молекулааралық агрегациясын тудырады. Макромолекул конформациясының байқалатын өзгеруі (ісініп қалған глобуладан шағын түйнекке) гидрогельден су молекулаларын ығыстыруға және соның салдарынан оның коллапсына алып келеді.

НИПАА фазалық өту температурасы оның гидрофильділігі мен гидрофобтық арасындағы теңгеріммен анықталады, демек, гидрофильді және гидрофобты мономерлермен оның сополимерленуі кезінде қандай да бір облысқа ауысуы мүмкін [2]. Сополимердің гидрофильді-гидрофобтық балансынан басқа бұл температура ерітіндінің химиялық құрамы (гидрохинон, ПБЗ және т. б. болуы), сондай-ақ қышқылдық-негізгі сипаттамалары сополимер [5] және кейбір басқа факторлар.

Нипаам негізінде полимерлер жағдайында байқалатын дискреттілік немесе үздіксіздіктің не анықталатыны туралы мәселе пікірталас болып қала береді[6]. Ғылыми әдебиетте күрт дискретті мысалдар келтіріледі температураның жоғарылауы кезінде ісіну дәрежесінің бірқалыпты үздіксіз төмендеуі [7, 8]. Бұрын көрсетілген [10], НИПАА негізінде гидрогельдегі тігу жиілігінің азаюымен үздіксіз фазалық ауысудың өзгеруі байқалады дискретті. Жарияланымда [11] берілген ұсыныстарға сәйкес, нипаа негізінде иондалмаған гель үшін үздіксіз фазалық өту тән, ал иондалған гель үшін дискретті. Бұл процестерді математикалық моделдеуге арналған бірқатар Жарияланымдар [мысалы,6,12], алайда бұл мәселе аяғына дейін анықталмады.

Деректерге сәйкес, гэа мен нипаам тігілген сополимерлеріне қатысты бұл жоғары температура кезінде нипаам-ның дегидратацияланған буындарының агрегациясының азаюымен түсіндіріледі. Олар гидрофильді гэа  буындарымен бөлінген, соның салдарынан гидрофобтық өзара іс-қимыл олардың арасында әлсіреген.

Пайдаланылған әдебиеттер

1. Валуев Л. И., Валуева Т. А., Валуев И. Л., Платэ Н. А. Полимерные системы для контролируемого выделения биологически активных соединений // Успехи биол. химии. – 2003. – 43. – С. 307–328. 2. Zhang Y., Yang W., Wang Ch. et al. Thermosensitive nanocontainers prepared from poly(N-isopropylacrylamide-co-N-(hydroxylmethyl) acrylamide)-g-poly(lactide) // J. Nanosci. and Nanotechnol. – 2006. – 6. – P. 1–6.

 3. Chen H., Gu Y., Hub Y., Qian Z. Characterization of pH – and temperature – sensitive hydrogel nanoparticles for controlled drug release // J. Pharm. Sci. Technol. – 2007. – 61, No 4. – P. 303–313.

4. Suzuki Y., Tomonaga K., Kumazaki M., Nishio I. Change in phase transition behavior of an NIPA gel induced by solvent composition: hydrophobic effect // Polym. Gels and Networks. – 1996. – 4, No 2. – P. 129–142. 5. Tuncer C. Effect of maleic acid content on network structure and swelling properties of poly(N-isopropylacrylamide-co-maleic acid) polyelectrolyte hydrogels // J. Appl. Polym. Sci. – 2004. – 92. – P. 763–769. 6. Chi W., Shuiqin Z. Volume phase transition of swollen gels: discontinuous or continuous? // Macromolecules. – 1997. – 30. – P. 574–576. 7. Tanaka T., Sato E., Hirokawa Y., Hirotsu S. Critical kinetics of volume phase transition of gels // Phys. Rev. Lett. – 1985. – 55. – P. 2455–2458. 8. Hirose Y., Hirokawa Y., Tanaka T. Phase transition of submicron gel beads // Macromolecules. – 1987. – 20. – P. 1342–1344. 9. Yu H., Grainger D. W. Amphiphilic thermosensitive N-isopropylacrylamide terpolymer hydrogels prepared by micellar polymerization in aqueous media // Ibid. – 1994. – 27. – P. 4554–4560. 10. Li Y., Tanaka T. J. Study of the universality class of the gel network system // J. Chem. Phys. – 1989. – 90. – P. 5161–5166. 11. Hirotsu S. Phase transition of a polymer gel in pure and mixed solvent media // J. Phys. Soc. Jap. – 1987. – 56. – P. 233–242. 12. Hua L., Xiaogui W. Multiphysics modeling of volume phase transition of ionic hydrogels responsive to thermal stimulus // Macromolec. Biosci. – 2005. – 5, No 9. – P. 904–914.

Menglian Вэй , Юнфэн Гао , Сюэ Ли и Майкл Дж Serpe *

2. Стимулирующие самовосстанавливающиеся полимеры: гели, эластомеры и мембраны. Адерито Дж. Р. Амарал ^а и Джордж Паспаракис * ^а

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности