השימוש במונות חכמים בתוספת פולימריזציה כדי ליצור חומרים אחראיים והתאמה

חומרים חכמים: התפקיד של מונומרים חכמים בתוספת פולימריזציה

היכולת ליצור חומרים הגיוניים, להסתגל, ולהגיב לסביבה שלהם מייצג אחד הגבולות המשתנים ביותר במדעי פולימרים מודרניים.ממערכות משלוח תרופות אשר משחררות טיפולים בדיוק היכן צורך ציפויים עצמיים תיקון נזק אוטונומי, תגובה וחומרים הסתגלות הם לעצב מחדש תעשיות.בלב של חידושים אלה הוא שיעור של אבני בניין מתקדמות הידועות כמונות חכמים, אשר משולבים באמצעות תוספת פולימרים חכמים, מאפשר מנגנונים דינמיים אלה, כדי לבדוק את התכונות של תכונות דינמיות, כגון, חומרים ויזואליות, חומרים מנגנונים מפורטים, חומרים ויזואליים, ויזואליות, חומרים מנגנונים מתמטיים, מנגנונים מפורטים, ויזואליים, ויזואליים, כדי לבדוק את הטכניקות מנגנונים מנגנונים מנגנונים ויזואליים, ויזואליים, מנגנונים מתמטיים, ויזואליים, ויזואליים, ויזואליים, מנגנונים מתמטיים, מנגנונים ויזואליים, מנגנונים מתמטיים, ויזואליים, ויזואליים, ויזואליים, ויזואליים, מנגנונים מתמטיים, מנגנונים מתמטיים, מאפשר מנגנונים מתמטיים, מנגנונים מתמטיים, כדי לבדוק את שיטות.

מה הם מונומרים חכמים?

מונומרים חכמים הם יחידות מולקולריות מיוחדות המכילות קבוצות פונקציונליות המסוגלות לעבור שינויים פיזיים או כימיים ניתוק בתגובה לגירויים חיצוניים.בניגוד מונומרים קונבנציונליים המייצרים רשתות פולימרים סטטיות, בלתי משתנות, מונומרים חכמים מציגים תכונות ניתנות להחלפה ישירות לתוך הארכיטקטורה פולימרית. Common גירויים כוללים טמפרטורה, pH, אור, כוח ionic, שדות חשמליים, אותות ביולוגיים וכתוצאה מכך פולימרים חכמים או תכונות אחריות - שינויים מכניים, צבעים מכניים, תכונות מכניים, תכונות מכניות, תכונות מכניות שלהם, כוח מכניות או כוח מכניות.

שילוב אסטרטגי של מונומרים חכמים לתוך עמוד השדרה פולימרי מאפשר למדענים לעצב מערכות עם התנהגות בת קיימא.לדוגמה, פולימר המורכב חלקית של מונומרנים תרמורספוניים עשוי להישאר הידרופילארי ומסולם מים בטמפרטורות נמוכות אבל להפוך הידרופובי והתמוטטות מעל טמפרטורת מעבר מסוימת, המאפשר שחרור מבוקר של תשלומים מלוטשים.

תוספת פולימריזציה: פלטפורמה לחומרים חכמים

תוספת של פולימריזציה, הידוע גם בשם פולימריזציה של שרשרת, היא התהליך שבו מונומרנים ויניל להוסיף באופן שווה שרשרת פולימרים הגוברת בנוכחות של אינטור.התכונה המבדלת של פולימריזציה נוספת היא כי לא מולקולה קטנה לוואי מופקדים על ידי חומרים מפולנים חוסם במהלך ההתפשטות; יחידות מונומר פשוט להוסיף לשרשרת, בדרך כלל באמצעות רדיקלי, אינטגרציה קיצונית, או תיאום, עבור כמה מנגנונים חכמים.

• (FLT:0) פולימרים מולקולריים גבוהים של משקל מולקולרי גבוה (FLT) 1:1 ניתן לייצר במהירות, אשר חיוני עבור יושרה מכנית ביישומים מבניים וציפויים.
• (FLT:0) שליטה על קומפוימר הולונדר 1 (FLT:1) הוא ניתן להשיג באמצעות טכניקות כגון פולימריזציה חיה (למשל, ATRP, חיל האוויר המלכותי ו- NMP), המאפשר לחסום copolymers עם פלחים מגיבים.
• (FLT:0) וייד מונומר תאימות: 1 (FLT) מאפשר שילוב של מונומרים חכמים מגוונים לצד מונומרים קונבנציונליים כמו סטיילרן, אקרילטים, ומכפליים.
• (ב) ,0) ,ScalabilityFLT:1 של תהליכי פולימריזציה נוספים, מתאים לייצור תעשייתי של חומרים חכמים.

באמצעות שיטות פולימריזציה רדיקליות מבוקרות, החוקרים יכולים ליצור פולימרים מוגדרים היטב עם חלוקת משקל מולקולרית צרה ומיקום מדויק של קבוצות פונקציונליות חכמות.רמת שליטה ארכיטקטונית זו קריטית להשגת התנהגות תגובה צפויה ויעילה.

טכניקות להורדת פולימריזציה ל-Smart Monomers

Polymerization רדיקלי

הגישה הפשוטה ביותר, פולימריזציה רדיקלית חופשית, יכולה לשמש עם מונומרים חכמים רבים, בתנאי אינ הייטור והתנאים תואמים את קבוצות ה-responsive של גירויים.עם זאת, חוסר שליטה על אורך שרשרת ותפקוד של קבוצת קצה מגביל את התועלת שלה עבור ארכיטקטורות מתוחכמת.

Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP)

ATRP משתמש בזרז מתכת מעבר כדי לקבוע איזון דינמי בין רשתות פולימרים רדומות ופעילות.זה מספק שליטה מצוינת על משקל מולקולרי ומאפשר את הסינתזה של בלוק, כוכב, ו ft copolymers המכילה פלחים חכמים.

תוספת מאוחרת של שרשרת ההסגרה (RAFT) Polymerization

AirTization היא טכניקה תכליתית המשתמשת סוכני העברת שרשרת thiocarbonylthio לשלוט פולימריזציה רדיקלית.זה תואם עם מגוון רחב של מונומרים, כולל אלה עם קבוצות חומצה, בסיסית או פוטו-responsive. חיל האוויר המלכותי הוא בעל ערך במיוחד עבור הצגת פונקציונליות חכמה לתוך פולימרים עבור יישומים ביו-רפואיים כי זה לא דורש זרז מתכת.

Nitroxide-Mediated Polymerization (NMP)

NMP מסתמך על רדיקלים ניטר תחמוצת יציבה כדי לתווך את הפולימריזציה.זה מתאים היטב עבור מונומרנים חכמים ו אקרילימיד, אם כי היקף מונומר שלה הוא צר יותר בהשוואה ל-ATRP או חיל האוויר המלכותי.

כיתות גדולות של Smart Monomers

המונחים: thermoresponsive Monomers

(הופנה מהדף ה-Ul) (הידועים ביותר) הם בין ה-Credited for Systems הביולוגית.(Doumersponsive monomers) לבין הטמפרטורה הקריטית הנמוכה ביותר (LCST) של ה-Dircircircd) ב-LCST (LCD) אשר מכילה את ה-LCIFerli) והרחבה (NVal) ל-NViFerli) את ה-NViFerliOprili) ו-RIFerliORIRST (RIFerli)

pH-Responsive Monomers

(ה) , pH-responsive monomers מכילים קבוצות ionizable כגון חומצות carboxylic, pH tertiary amines, או חומצות sulfonic שמשנות את מצב ההון שלהם עם pH.FLT:0Acrylic חומצה (AAc)DimipLT2 (ALT) LT2D) , לעומת זאת, נפיחות נמוכה (MAFD)

מקור: Photoresponsive Monomers

(הופנה מהדף ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אלקטרורספוני ומגנטימורים אחראיים

אף על פי שפחות נפוץ כמו מונומרטים דיסקרטיים, אלקטרורספוניים ומגנטיים הוא לעתים קרובות מופץ באמצעות שילוב של ממלאים מוליכים או מגנטיים.עם זאת, מונומרים המכילים FLT:0ferroceneFLT:1 או מציג מגנטיים:2tetrathiavalene (TT) קבוצות 3LT 3 יכולות להקנות תכונות מגנטיות לחשמליות, כמו גם תכונות מגנטיות, וחשמליות.

Biomolecule-Responsive Monomers

(הידועים) הם [[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]] [[[[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]]] [[[[[[[[1924]]]]]] [[[[[[[[[[1924

מנגנונים של גירוי תגובה בפולימרים חכמים

התגובה של פולימר חכם לגירוי חיצוני נובעת משינויים ברמה המולקולרית שמפיץ שינויים בנכסים מקרוסקופיים.הבנת מנגנונים אלה חיונית לתכנון חומרים עם התנהגות צפויה.

המונחים:

עבור פולימרים תרמורספוניים ו pH-responsive, המנגנון העיקרי כרוך מעבר coil-to-globule. in a good Solnt (למשל, מתחת ל- LCST עבור NIPAM או ב- pH גבוה עבור חומצה אקרילית), שרשרת פולימר הוא מורחב ומחוספס. כאשר גירויים סף, השרשראות פולימרוז לתוך קומפקטית של אובדן חמצן או הפרעה, כיבוד דם זה יכול להיות מנקה, או הפרעה אלקטרוסטטי.

בונד כימי שובר והפקה

פוטורסופוניסטטיבי ואדום-responsive פולימרים מסתמכים על שינויים האג"ח קוהנטימיים. Azobenzene Isomerization, spiropyran טבעת פתיחה, ו- o-nitrobenzyl cleavage הם דוגמאות שבהן אור או אלקטרוכימי קלט גורם טרנספורמציה כימית שמשנה תכונות פולימרניות. אינטראקציות לא שוות ערך כגון מורכבות מארחת (למשל, codexane-odtnicable) ניתן גם על ידי גירוי חוצה-of-oddentnicable.

שינויים ב-Crosing Density

הידרוגלים חכמים רבים משלבים קישורים שניתן ליצור או לשבור בתגובה לגירויים.

אסטרטגיות סינתזה לשילוב מונומרים חכמים לאדריכלות פולימר

אקראית Copolymerization

השיטה הפשוטה ביותר כוללת הכפייה של מונומרים חכמים עם מונומרנים אינרטיים לייצר copolymers אקראי.בעוד פשוט, גישה זו מספקת לעתים קרובות שליטה מוגבלת על ההפצה של יחידות תגובה, אשר יכול להשפיע על חדות והתחדשות של התגובה.

בלוק Copolymerization

טכניקות פולימריזציה לחיות מאפשרות את הסינתזה של בלוק copolymers שבו בלוק אחד הוא תגובה או תגובה על גירוי אחר.חומרים אלה עצמם להרכיב עכברים, vesicles, או ג'לים שיכולים לפרק או לשנות מורפולוגיה בתגובה לגירויים.

גניבת קופת-פרע

חיתוך מונומרים חכמים על בסיס פולימר יוצר מבנים דמויי קומב עם שרשראות צד רמטיביות.אדריכלות זו מועילה לשינוי פני השטח ויצירת מצחצוצים מגיבים שמשנים יכולת רטובה או מתחמק על הביקוש.

רשתות קשורות ו- Hydrogels

שילוב מונומרים חכמים לתוך hydrogels חוצה קישורים מניב רשתות 3D כי swell או deswell בתגובה לגירויים.חומרים אלה הם הכרחי עבור רובוטיקה רכות, הנדסת רקמות ומערכות משלוח סמים חכמים.

יישומים של חומרים אחראיים והתאמה מ Smart Monomers

יישומים ביו-רפואיים ותרופות

• (FLT:0) משלוח סמים:FLT:1 Thermoresponsive פולימרים כגון פולי(NIPAM-co-acrylamide) משמשים עבור עכברים ומערכות משלוח מבוסס הידרוגל המשחררות טיפוליות בטמפרטורה גבוהה של גוף ברקמות דלקת ריאות או סרטן.
• (FLT:0) הנדסת פיגומים: FIRLT:1 , הידרוגלים חכמים שמטמים בתגובה אנזימים סודיים תאים מאפשרים פיגומים לעצב מחדש כצורות רקמה חדשות.thermoresponsive cell Tooled עם פולי(NIPAM) לאפשר ניתוק לא הרסני של גליונות תאים על ידי צמצום הטמפרטורה.
• (FLT:0) ואבחון: phosto 1 ( Photoresponsive monomers מאפשרות קריאה אופטית של התאמה פולימרית, המאפשרת חיישנים צבעי או פלורסנט עבור מברשת פולימרים אנאליים. pH-resive ניתן להשתמש עבור שסתום מיקרו-השפעהיים וצ'יפס אבחון.

חומרי ההולכה עצמית

מונומרים חכמים העוברים היווצרות קשר קוהנדסי - כגון דילס-אלדר מוסיפים הזיות, אג"ח מפוכח, או קישורי ester boronic - פולימרים שניתן לתקן סדקים ונזקים באופן אוטונומי. כאשר החומר ניזוק, גירוי חיצוני (חום, אור או כימי) לקדם רפורמות אג"ח, שיקום איכויות מכניות.

טקסטיל חכם

מונומרים חכמים משולבים בסיבים ובמרקרים מספקים בגדים שמתאימים לתנאי הסביבה.המונומרים המונומרים המתקדמים מאפשרים לטקסטיל להיות יותר נשימות בתגובה לחום הגוף, בעוד ציפויים של pH יכולים לשחרר סוכנים אנטימיקרוביאליים בתנאים סוודרים.

טכנולוגיות סביבתיות ו Sensing Technologies

• טיפול במים:0 (FLT:1) רשתות פולימרים נורמטיביות יכולות ללכוד את המזועים או צילומי מתכת בטמפרטורה נמוכה ולשחרר אותם על התחממות, המאפשרת מערכות סינון מיחזור.
• (FLT:0Chemicalחיישנים: FLT:1) סרטים פולימרים חכמים המשלבים מונומרים פוטוסטרטיביים משנים צבע או פלואורסנס בנוכחות גזים רעילים או מתכות כבדות, ומספקים זיהוי חזותי זול.
• (FLT:0) אופטיקה אדפטיבית:FLT:1 ג'לים פולימרים מגיבים מבחינה חשמלית המכילים מונומרים התנהגותיים יכולים לשנות את מדד השבירה שלהם או לעצב עדשות טונה ומראות.

Soft Robotics ו- Actuators

מונומרים חכמים מאפשרים למניפסט רכים כיפוף, לתפוס, או לזחול בתגובה לגירויים. הידרוג'ים המכילים מונומרים תרמורספוניים ניתן לתכנן חוזים כאשר מחומם, מתפקד כמו שרירים מלאכותיים. הידרוגלי חשמל מגיב יכול לשחות או לעבור בתגובה לאור דפוס, המציע שליטה לא קדמית עבור מיקרו-בוטים ומערכות אוטונומיות.

אתגרים ומגבלות

למרות הפוטנציאל המדהים של מונומרים חכמים, כמה אתגרים נשארים.0 (החומרים) חומרים קיננטיים מדויקים: FLT:1 פולימרים חכמים רבים מגיבים לאט לגירויים, הגבלת השימוש שלהם ביישומים הדורשים הפעלה מהירה או שחרור.FLT:2Fatigue ועמידות-עמידה: החלפת חומרים מעצמה מלאכותית או ירידה בגמישות גבוהה יותר:

פרספקטיבה עתידית ודרכים מתפתחות

המחקר מתקדם בחזיתות מרובות כדי להתגבר על האתגרים הללו ולהרחיב את היכולות של מונומרים חכמים (FLT:0) למערכות מגיבות-responsive sveFLT:1 אשר משלבים שני מונומרים מגיבים גירויים בתוך ארכיטקטורת פולימרנים יחיד מאפשר או thogonal או סינרגי, המאפשר התנהגויות מתוחכמות יותר.

(FLT:0)Nanoטכנולוגיה אינטגרציהFLT:1 הוא אזור פעיל במיוחד.שלב מונומרים חכמים עם חלקיקים (זהב, דוטים קוונטיים, או סיליקה חלומה) מניב חומרים היברידיים עם רגישות מוגברת, זמני תגובה מהירים יותר, ופונקציונליות רב-ממדית.

(FLT:0) חישובים מודלים מודלים מודלים של מודלים לחיקוי 1FLT ולמידה של מכונה מועסקים יותר ויותר כדי לחזות את ההתנהגות של מערכות פולימרים חכמות ואופטימיזציה של בחירת מונומר ואדריכלות פולימר עבור יישומים ספציפיים.

(FLT:0) ,SustainabilityFLT:1 הוא גם צובר דגש. חוקרים מפתחים מונומרים חכמים ממשאבים מתחדשים ועיצוב פולימרים שניתן להשפיל או ממוחזר בסוף חייהם הפונקציונליים.מונומרים חכמים המבוססים על ביו שמקורם במילין, צלולוז או שמן צמחי מייצגים גבול מתפתח לחומרים להסתגל ירוק יותר.

לקריאה נוספת, ראה דיונים על FLT:0 stimuli-responsive פולימרים ב- ChemicalshowFLT:1 ו-FLT:2recent מתקדם בחומרים מגיבים עבור יישומים ביו-רפואייםFLT:3 אינטגרציה של מונומרים חכמים עם טכניקות פולימריזציה חדשניות מבטיח לפתוח חומרים כי יותר לחקות את האינטליגנציה ההסתגלות של מערכות טבעיות, עם השלכות עמוקות על פני תרופות, אנרגיה, איכות הסביבה, אנרגיה, וסביבתית.

מסקנה

מונומרים חכמים הם אבני בניין בסיסיות לדור הבא של חומרים מגיבים והסתגלות.השילוב שלהם באמצעות תוספת פולימריזציה - בין אם באמצעות טכניקות רדיקליות, מבוקרות, רדיקליות או חי - מאפשר יצירת פולימרים עם תכונות מותאמות, מתגות להגיב טמפרטורה, pH, חומרים חשמליים, או גורמים ביולוגיים, מציפוי עצמיים וטקסטיל חכם ועד לאספקת תרופות רכות, וטכנולוגיות רובוטיות מתקדמות, הן מורכבות של חשיבה מודרנית, הן מורכבות, הן יכולות לפתח את המתודולוגיה של מערכות חישוביות.

(ב) מאמר זה הותקן והורחב מתכנים מקוריים שפורסמו באמצעות Directeur.