התפקיד הקריטי של בקרת מיקרו-מבנה בפיתוח ביודנדרנטית גבוהה

פולימרים ביולוגיים גילו פתרון חיוני למשבר פסולת הפלסטי העולמי, המציע נתיב לחומרים שיכולים להיפטר באופן טבעי בסביבה. האריזה שלהם, חקלאות, מכשירים ביו-רפואיים ומוצרים צרכניים, אך המעבר מפלסטיקים קונבנציונליים ועד חלופות ביו-דידיות מתקדמות אינו פשוט: פולימרים ביולוגיים רבים בתחילה חסרים את הכוח המכאני, יציבות תרמית, או מחסום הנדרש ליישומים מתחומים בסיסיים אלה, אשר משלבים את הביצועים המיקרו-מדומים של שליטה מולקולרית: 1DDD.

מהו מיקרו-מבנה בפולימרים בעלי ערך ביולוגי?

(המיקרו-מבנה מתייחס להסדר של רשתות פולימרים בקנה מידה החל מ nanometers למיקרונים.It כולל מספר תכונות היררכיות: FLT:0rystalline domainsFLT:1 שבו שרשראות ארוזות בקפידה, כגון לחות מיקרו-קליבית (FLT):2amorphous ZoneFLT 3, שבו רשתות הם קושחיתים באופן אקראי, בין ספקטרום פוליקלימי (FLT) לבין פולימטריה פוליקלי (Falicicicicicial)

מידת הקריסטליניות, גודל גבישי, והיחס של α-crystals ל-β-crystals (ב- PLA) יכול להשתנות באופן דרמטי בהתאם להיסטוריה של עיבוד.לדוגמה, PLA יכול להיות amorphous (קרר באופן רף) או סמיקליסטל (stalrated או annealed), עם רמות גבישיות החל מ-5% עד כה ל- 50 גרם ל- CULL) רק ל-4% ל- CULL.

המונחים: Microstructural Parameters

  • (FLT:0) קריסטליניות: FLT:1 , חלקיק נפח של פלחי שרשרת מסודרים.גביש גבוה בדרך כלל מגביר את הנוקשות, העוצמה וההתנגדות התרמית, אך מפחית את קצב ההשפלה מכיוון שמים ואנזימים מתקשים יותר לחדור לחות גבישית צפופה.
  • גודלו של LT:0 (Spherulite size:) בפולימרים סמיקליים למחצה, גבישים גדלים כמו spherulites. spherulites גדול (hundreds of microns) יכול לקדם את הבירות, בעוד spherulites אחיד, אחיד משפר את הקשב.
  • (ב) (ב) ⁇ :0) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ (בלטינית:0) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • מבנה יחסי:0 (interfacial Structure: 1) אזור המעבר בין שלבים גבישיים ו amorphous משפיע על העברת מתח ויכול לפעול כנקודת חולשה או כדרך להשפלה.

טכניקות ל-Achieving Microstructural control

בקרת מיקרו-מבנה מושגת באמצעות שילוב של כימיה (התסנתזה), עיבוד (עיצוב), וטיפולים שלאחר עיבוד.

תנאי הפולימריזציה

הבחירה של זרז, monomer הרכב וטמפרטורת התגובה ישירות קובע את הארכיטקטורה המולקולרית של פולימרן (Corden-opening פולימיזציה (ROP) של לקטד (עבור PLA) עם זרז אוניבומטי יכול להיות מוכוון לעבר שלב Isotactic או heterotactic תצורה, המשפיעה על סלקציה (Lullizability) כגון, שימוש של זרזי-reic-types מאפשר ייצור של סגסוגת פוליאוסטרופלית (a) לעומת סגסוגת פוליאו-Lic) באופן דומה) (atraoxy-Lide (aulligullizability).

שיטות עיבוד מלטה

  • (FLT:0) Extrusion:FLT:1 היסטוריית הטמפרטורות וההיסטוריה ביציאת תאום-הקרבה יכול להיות מותאם להשגת גבישים ספציפיים.הוספת אזורי אנמנלינג או באמצעות עיצובים בורג ספציפיים יכול לקדם את היווצרות של קשקשים קטנים יותר, אחידים יותר.
  • (FLT:0) Injection מוליד:FLT:1ir קירור מהיר בתבנית לעתים קרובות תוצאות שכבת עור amorphous ו- a Semicrystalline הליבה. על ידי שליטה בטמפרטורה עובש וקצב קירור, ניתן להתאים את עובי של כל שכבה. טמפרטורות עובש גבוהות (מעל טמפרטורת המעבר זכוכית) לאפשר גבישי להמשיך במהלך מילוי, תוך תשואות גבוהות יותר.
  • (FLT:0) הסרט "החדירה" ו"Flowion:cioFLT:1" (שיעור ההההה של מעצורים (בפתרון הליקוי) או יחס הפיצוץ (בסרט מפוצץ) משפיע על יישור שרשרת.עבור סרטי PLA, evaporation איטי מוביל לתחומים גדולים יותר, בעוד שרשראות לכידת מהיר בהפרעה, מצב רעוע.
  • (FLT:0) Annealing:FLT:1 לאחר עיבוד טיפול חום מתחת לנקודת ההיתוך אבל מעל טמפרטורת מעבר הזכוכית מאפשר גבישים משניים, הגדלת גבישים ומושלם גבישים קיימים. אנליז זמן וטמפרטורה הם קריטיים: זמן מופרז יכול להוביל למשטח גדול, גלימה.

תוספות וסוכני Nucleating Agents

(הכמויות הקטנות של תוספי מזון יכולות לשנות באופן דרמטי את קצבה וצמיחה של גבישים. סוכנים נפוצים עבור פולימרים ביו-דידיים כוללים טלק, סידן פחמן, ותרכובות אורגניות כמו נתרן benzoate או phenylphosphonic במלח אבץ חומצה (plin) כלומר, 000 של חומרים מעצימה של 1L, כלומר, לעומת זאת, הם רק 1.5% של עיבוד של חומרים מכניים של 1 עד 10.

חיבורים פיזיים וכימיקליים

קרוסלינקינג מציגה אג"ח כימי בין רשתות פולימריות, המגביל את הניידות שרשרת ומשנה את השלב האמפירי.בפולימרים ביו-דידידים, מבוקרים בלינקינג (למשל, באמצעות אלקטרון beam Irradiation או סוכנים כימיים כמו peroxides) יכול להגדיל את המודולולים האלסטיים, לשפר את ההתנגדות המצטפת, ואפילו להשפיע על ירידה על ידי יצירת רשת כי עיכובים ברשת, עם זאת, עם זאת, עם רגישות מוגזמת, כמו מחסומים ביולוגיים, כמו , כמו ⁇ (PTSD-ידי ⁇ ) הוא יכול להפחית את הפחתת רגישות יתר (Dic).

ננומטרי סטריטורינג ומיזוג

ערבוב פולימרים biodegradable עם ננוfillers (למשל, cellulose ננוקריסטלים, ננוקליות, או צינורות פחמן) יוצר nanocomposites שבו משטח ננופלר פועל כמו אתר נינקיה וגם מגביל את ניידות שרשרת של משאבים.

השפעה על בקרת מיקרו-מבנה על תכונות מפתח

ביצועים מכניים

חיזוק ונוקשות גדל עם גבישים עד לנקודה.עבור PLA, גבישי של 30–50% מניבה קורגיות של 3-4 GPa ו- Tenileחוזק של 60-80 MPa, בדומה לתרמופלסטיקה (אך גבישים גבוהים יכולים להוביל לעצירה מיקרו-תרבותית באמצעות FLT:0Molealכיוון של 60–80 MPa, לעומת זאת, מגבירים את הגמישות הגבוהה ביותר (Vic) עם גירוי חום-a) עם גירוי חזק יותר מ- 3, אך גם כן, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, 000 ליטר (Val Religic).

שיעור הפחתת פרופיל ופרופיל

(הההתדרות של פוליסטרים מתרחשת בעיקר באמצעות הידרוליזה, לעתים קרובות מטבולית על ידי אנזימים.שיעור ההשפלה קשור באופן הפוך לקריסטלליות: מים ואנזימים מתפוגגים לאט יותר דרך אזורי גביש צפופים.על ידי שליטה במיקרו-מבנה, ניתן לעצב חומרים שמשתנים על גבי גבי שריר בודד, איטי עבור שתלים רפואיים.

יציבות וחלון

(ב) ב[[1924]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]

נכסים של גדר ההפרדה

חמצן ובטיחות מים מושפעים מאוד על ידי השבריר גבישי ואת העדינות של נתיב ההיתוך. תואר גבוה של גבישיות ו גבישים מוכווני (למשל, בסרטים מוכווניים במביאלי) להפחית את ההקצנה.לדוגמה, סרט PLA עם 40% קריסטליות וlamella מוכווני יכול להיות שיעור חמצן עד 50% אפקט ננומטרה יותר.

מחקרים: החלת בקרת מיקרו-מבנה בפרקטיקה

מקרה 1: גבוה-היי-האט PLA עבור גביעי Beverage

סטנדרטי PLA יש חום השתקפות טמפרטורה (HDT) של רק -55 מעלות צלזיוס, מה שהופך אותו בלתי מתאים לנוזלים חמים. על ידי הצגת סוכן מנקה (למשל, 1% טלק) ו annealing ב 120 מעלות C במשך 2 דקות, גבישי יכול להיות גדל כדי > 50% ו HDT > 100 מעלות צלזיוס, מאמר זה חוקר את תנאי העיבוד הספציפיים - טמפרטורה, כי יש צורך לתקן את הפחתת קצב חום, כי יש צורך לתקן את השקיפות גבוהה.

מקרה 2: איטי-Degrading PCL Sutures

(ב) פוליפטרון משמש לעתים קרובות בתביעות ביו-אבורות (השפל שלו לוקח 2-3 שנים ב vivo. על ידי שליטה על עובי lamellar באמצעות annealing ב 50 מעלות צלזיוס במשך שעתיים (רק מעל TFLT:0greaFLT:1), הגבישות מוגברת מ 30% עד 55%, מרחיבה את זמן ההשפלה ל- 4 שנים תוך שמירה על כוח מכני, בניגוד מהיר יותר, הפחתת קצב אלקטרופלסטיקה תחת רמה 1/10.

3 סרטים מהירים: Fast-Decomposing PBAT Mulch Films

פוליbutylene adipate terephthalate: PBAT משמש סרטים מגרד חקלאי כי חייב לטבול באדמה בתוך עונת גדל (6-12 חודשים) על ידי ערבוב PBAT עם PLA והתאמה של הטמפרטורה במהלך פיזור סרט מפוצץ, היחס מורפיום משתנה מפרויקט משותף (שמדת לאט) למבנה ירידה (אשר מאיץ את ההפחתה של 8B) עם ירידה מסוימת של אזורים מסוימים של אדמה, אשר נוצר עם ירידה של 8 חודשים).

אתגרים בשליטה מיקרו-מבנה

למרות ההבטחה, שליטה מיקרו-מבנה בפולימרים ביו-דידיים מציבה מספר קשיים.ראשון, פוליסטרים רבים ביו-דידיים בעלי ביצועים באופן טבעי (PLA, PCL) או שיש להם התנהגויות גבישיות מורכבות (PHAs) שמוסיפים את האזורים הסלקטיביים באופן מקומי, אך עלולים גם להביא להפחתה מהירה, או אפילו לשנות את ההידרדרות אם הסוכן אינו ניתן להזיז את ההשפעות של מחזוריות (אך) באופן קבוע, במיוחד, אם הוא צורך בטמפרטורה של זמן קצר לאחר מכן, אם הוא לחץ דם גבוה יותר, אם הוא גורם להורדת לחץ דם בשלב שלישי.

גבול מחקר מרכזי הוא פיתוח של טכניקות פיזור רנטגן קטן (SAXS) ו- סבך X-ray dipLT:1 שיכול לפקח על מיקרו-מבנה בזמן אמת במהלך עיבוד.שיטות כגון פיזור רנטגן קטן (SAXS) ורחב-סבך X-ray diffraction (WAXD) באמצעות קרינת סינכרונכרן, כמו גם in-s-s אינפרא אדום-פרסקופית, הם כעת לטראז'רטוטומטיזציה יעילה של תהליכים (מעבדים) למעבדים מתקדמים, אשר הם תהליכים מתקדמים, אשר הם תהליכים אופטיים, אשר נועדו לתהליכים אופטיים, כלומר, כמו גם לתהליכים של עיבוד סטנדרטיים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, כמו גם לתהליכים של עיבוד אופטיים, כלומר, חומרים מתקדמים, כלומר, כלומר, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, כמו גם לתהליכים של עיבוד אופטיים, כמו גם לתהליכים של עיבוד אופטיים, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, כמו גם לתהליכים של עיבוד אופטיים, כגון:

כיוונים עתידיים: nanoscale Control and Computational Design

(במבט קדימה, היכולת לשלוט במיקרו-מבנה בקנה מידה אי-פינר תוביל לדור הבא של פולימרים בעלי ערך ביולוגי (FLT:0Block copolymer self-assemblyearFLT:1) מציעה מסלול ל-Nanostructures הורה (למשל, lamellar, cylindrical, או gyrmoological) עם דומיין מוגדר בדיוק של 5-Fegn-of-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-micro-microal) אשר יכול להיות מותאם אישית, כלומר, כלומר, כלומר, חומרים מיקרו-microLT2, כלומר, 000-microrunrical, כלומר, כלומר, 000-Fer, 000-Frical, 000, 000-Falrical, כלי משחק קל יותר, 000-Falrical, 000, עם חומרים שונים, 000-Falrical, עם חומרים שונים, עם חומרים שונים, 000-flyrical, 000-flyrical, עם חומרים שונים, 000-Flasticialrical, עם חומרים שונים, 000, 000, פיזור (למשל, 000, 000-to-to-to-to-to

(FLT:0) סימולציות חישוביות מודלingFirLT:1 עם נתונים ניסיוניים הוא עוד גבול מבטיח סימולציה מולקולרית (MD) סימולציה יכול לחזות כיצד אדריכלות שרשרת (הטבעה, stereoכימיה) משפיעה על שערי התגבשות ויישומים קריסטליים.שלב שדה מודלים יכול לסימולציה צמיחה היקפית בתערובת רב-phase.

לבסוף, דחיפה לכיוון (FLT:0) bioeconomyFLT ( 1:1) מעודד את התפתחות פולימרים ביו-דידיים ממקורות מתחדשים שאינם רק בעלי ביצועים גבוהים אלא גם מיועד לירידה יעילה מקצה-חיים של חיים.מיקרופורציה מיקרו-תרבותית יכול להבטיח כי מוצרי ההשפלה (למשל, חומצה לקטטית, חומצות הידרוקסיות) הם לא רעילים ויכולים להיות מטבוליים באופן טבעי בסביבות פוליאמוריות (Lure) הן נוגדות).

מסקנה

שליטה מיקרו-רסלית אינה רק פרט טכני, אלא גם המדע המרכזי מאחורי פולימרים בעלי ביצועים גבוהים ביו-דמדפיים.מהבחירה של זרז במהלך הסינתזה להיסטוריה התרמית במהלך עיבוד, כל צעד משפיע על הסדר של רשתות פולימרים במסלול ננוקל, אשר בסופו של דבר מכתיב את החומרים המכניים, התרמיים וההשמדהים של החומרית.