עתיד התוספת פולימריזציה: חומרים חכמים ותומכים

השדה שואב השראה ממערכות ביולוגיות.חלבונים טבעיים ופוליצרידים מגיבים באופן שגרתי לגירויים - לחשוב על ה-Iris dilating באור נמוך או קרישה דם המופעלת על ידי ארקייד אנזימים חכמים לחקות התנהגויות אלה עם פשטות סינתטית, המציע עמידות וטונזיה הרבה מעבר לחומרים טבעיים.

סוגים של חומרים אחראיים

חומרים אחראיים מסווגים באופן נרחב על ידי אופי ההדק שלהם.כל מחלקה יש מנגנונים ייחודיים, עקרונות עיצוב ויישומים.הסעיפים הבאים מפורטים את הסוגים הנפוצים ביותר ורלוונטיים מבחינה מסחרית.

ה-RMO-Responsive Polymers

הפולימרים הבוגדניים של ה-RMO-responsive מפגינים מעבר שלב בטמפרטורה אופיינית, המכונה הטמפרטורה של הפתרון הקריטי התחתון (LCST) או טמפרטורת הפתרון הקריטי העליון (UCST) מתחת ל-LCST, הפולימרים מלוטשת במים; מעליו, הפולימרים הספציפיים או ההתמוטטות של ה- PLCST (הדוגמה הקלאסית היא FLT:0poly (N-isopylacylam) קרוב לטמפרטורה 3.comi) בעלת 3.comi) בעלת CMIUMST (N) באופן אידיאליתיקים) CMIMMST.

יישומים של פולימרים תרמו-responsive כוללים:

• (FLT:0) מערכות משלוח של ד"ר: 1FLT:1 עכברים פולימר או הידרוגלים עמוסים בסמים המשחררים את המטען שלהם כאשר הטמפרטורה עולה, למשל, באתר של דלקת.
• (FLT:0) ציפויים חכמים:FLT:1 Surfaces כי לעבור הידרופיליק הידרופובי עם טמפרטורה, המשמש לניקוי עצמי חלונות או מכשירים מיקרו-השפעהיים.
• (FLT:0) הנדסת פיג'מים: FIRLT:1 hydrogels אשר מוצק בטמפרטורת הגוף לאחר הזריקה, יצירת מריצה לגידול תאים.

עבודה אחרונה על ידי ההרחבה:0 (CS Chemicalshow)FLT:1 מספקת סקירה מקיפה של פולימרים תרמו-responsive לשימוש ביו-רפואי.

pH-Responsive Polymers

פולימרים עמידים pH מכילים קבוצות ionizable - כגון חומצות carboxylic, amines, או sulfonates - שמשנים את מצב ההון שלהם בתגובה pH.שינוי זה משנה את ההתאמה של פולימר, solubility, או תואר של נפיחות.לדוגמה, חומצה פולי(acrylic) הוא לא טעון בהתמוטטות נמוכה והתמוטטות, אבל הופך שלילי הדבקה ב- pH נמוך.

חומרים אלה הם בעלי ערך במיוחד במערכת העיכול, שבו pH משתנה באופן דרמטי מהקיבה חומצית (pH 1–3) למעי נייטרלי (pH 6–7.5) חברות התרופות משתמשות בפולימרים עמידים pH עבור ציפויים נכנסים שמגנים על סמים מחומצה הקיבה ושחרר אותם במעי.

• (ב) ⁇ :0) ,(ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ,0) שחרור: FLT:1 Microparticles אשר משחררים גורמי צמיחה באתרי הפצע עם pH נמוך.
• (ב) ⁇ :0) מבדילים את קרום: ⁇ 1 (החומרים של ראטציה) אשר מסדירים את גודל הנקבובי על בסיס pH של פתרון ההזנת.

ניתן למצוא חשבון מפורט של מערכות פולימרים אחראיות pH (FLT:0) בטבע זה סוקר מאמר כימיה FLT:1.

אור-תגובה פולימרים

(ב) פולימרים חסרי אחריות מכילים קבוצות פוטו-אקטיביות העוברות פוטו-איזוריזציה, פוטודימריזציה או צילום של חשיפה לאורכי גל ספציפיים.Azobenzene הוא chromophore קלאסי: תחת אור UV הוא מחלחל גם מ-FLT 7transFLT:1 ל-FLT2cisFLT3, אשר מאפשר שינוי של גלאוקומה של מולקולה:

אור מציע יתרונות על גירויים אחרים: ניתן ליישם אותו מרחוק, עם דיוק מרחבי גבוה וזמני.יישומים כוללים:

• (ב) ⁇ :0 (הפועלים האופטימיים: FLT:1) פולימרים שנדפים או חוזים כאשר נחשפים לאור, שימושיים רובוטיים רכים ומערךי מיקרו-מירורים.
• (ב) ⁇ :0) צילום: 1FLT 1 יוצר מבנים 3D בסרטים פולימרים באמצעות חיבורים מבוקרים קלים.
• (ב) ,0) משלוח:0 (Drug Delivery:FLT:1) שחרור אור מעכברים או הידרוג'לז התאספו עם קבוצות פוטו-מעבדות.

חוקרים ב-FLT:0 (מדעמנטל:1) הראו הידרוג'ל שניתן לתכנן כדי לעבור שינויים מורכבים באמצעות אור דפוס, הממחיש את הכוח של חומרים פוטו-responsive.

Polymersive Polymers

יישומים רבים דורשים פולימר להגיב לשני גירויים או יותר בו זמנית.לדוגמה, פולימר כי הוא גם טמפרטורה- וגם רגישות pH ניתן מופעל בסביבה ביולוגית מסוימת שבה שני התנאים נפגשים (למשל, pH נמוך וטמפרטורה גבוהה בגידול) פולימרים רב-responsive הם בדרך כלל חסימה או ft copolymers שבו כל אחד מהם יש קבוצה אחרת מגיבה לעתים קרובות: גירויים של טיפול תרופתי - רק 1-fgic.

שילובים נפוצים כוללים thermo /pH, thermo / אור, ו- pH / Redox. Redox-responsive פולימרים (מגיבים לחמצן או להפחית סוכנים) מתעוררים עבור שחרור סמים אנטי-סרטן ממוקד, כי תאים גידולים לעתים קרובות יש רמות גבוהות של גלוטציה (סוכן מופחת).

עתיד התוספת פולימריזציה

תוספת היא המנוע שמחייב סינתזת פולימרים חכמה.היכולת לפולימרן מונומרנים של ויויניל - עם קבוצות פונקציונליות חדירות שלהם - מאפשר שילוב של עשבים אחראיים לגירויים ישירות לתוך עמוד השדרה או שרשראות צד.עתיד של תוספת פולימריזציה הוא refining כלים סינתטיים אלה כדי ליצור פולימרים עם מורכבות חסרת תקדים, פונקציונליות, ו.

Polymerization רדיקלי (CRP) כ-Enabler

(FLT:0)ATRPIRLT:1 ו-FLT:2 [RAFTFIRLT 3: 3] הפכו סינתזת פולימרים פולימרים (הידועים ב-FLT:2] ו-FLT:2 [RRAFTFIRD] שהפכו את הסינתולוגיה פולימרית של פולימרים המוגדרים היטב, CRP מאפשר הכנת פולימרים ופולימרים עם פונקציונליות חסימתית (Freative-Res) באמצעות מחסומים).

(החידושים האחרונים ב- CRP כוללים את ה-FLT:0) photo המושרה ATRPIRFLT ( 1:1) באמצעות אור גלוי, המאפשר שליטה זמנית על צמיחה פולימרים.זה פותח את הדלת ליצירת ⁇ או סרט פולימרים תגובתי מתודפסת, בנוסף, ⁇ :2organocatalytic CRPFLT:3 מבטל את הצורך במתכת, מה שהופך את הפולימרים המתאימים יותר ליישומים ביו-רפואיים:

פולימרים חכמים ברפואה

יישומים רפואיים הם הנהג הגדול ביותר של מחקר פולימרים חכם.משלוח תרופות ממוקד, הדמיה אבחון, ורפואה רגנרטיבית כל תועלת מחומרים להגיב אותות פיזיולוגיים או חיצוניים יישומיים.לדוגמה, הידרוגלים תרמו-responsive המכילים ננו-חלקיקים יכולים להיות מופעלים על ידי אור קרוב- infrazoed כדי לשחרר סוכני כימותרפיה בדיוק באתרי גידול.

חומרים בעלי ערך עצמי הם גבול אחר. Polymers שיכול לתקן microcracks באופן אוטונומי להאריך את החיים של שתלים רפואיים והמכשירים. גישה נפוצה כוללת הטמעת microcapsules המכילים חומרים מונומר וזרז; כאשר סדק שובר את הקפסולה, המנומרנים באמצעות תוספת פולימריזציה כדי לאטום את הסדקים.

רובוטיקה וחוק

רובוטיות רכות דורשות חומרים שיכולים לשנות צורה או נוקשות בתגובה לחשמל, תרמי או אותות כימיים. elastomers גבישי נוזלי (LCEs) הם סוג של חומרים חכמים מסונתז על ידי תוספת פולימריזציה העוברת שינויים צורה גדולים, ניתוק כאשר מחומם או חשופים לאור UV. הם מוטבע על ידי התאמת מונומרים גבישים נוזלי ולאחר מכן מצלם אותם לנעול את הכיוון.

גישה נוספת משתמשת (FLT:0) , 000 elastomer actuators (DEAs)Figal ReLT:1, שבו סרט פולימר דבק אלקטרודות תואמים מתרחב כאשר מתח מוחל.למרות ש-DEAs בדרך כלל לא מסונתז באמצעות תוספת פולימר (הם משתמשים סיליקון או אקרילי), עבודה על LT2poly (al) נוזלs 3Fer שיפור ביצועים נוספים על ידי פולימרומטר.

פיקוח סביבתי ושיקום

פולימרים חכמים משמשים יותר ויותר עבור רגישה והסרת חומרים כימיים.פולימרים עמידים pH יכול לפעול כמו חיישנים צבעיים לאיכות מים, שינוי צבע בנוכחות של contaminants חומציות.הפולימרים ה- pH-responsive יכול להתרכז או לשחרר את המזועים על אופניים טמפרטורה, המאפשרים טיהור מים יעיל אנרגיה.

עבודה אחרונה מ-FLT:0Environmental Science & TechnologyFLT:1 מדגים הידרוג'ל תרמו-responsive שיכול להסיר ולהפיץ פוספט ממי פסולת רק על ידי העלאת הטמפרטורה, המציע גישה בת קיימא להתאוששות תזונתית.

אתגרים והזדמנויות

למרות ההבטחה, כמה אתגרים נותרו לפני שפולימרים חכמים משיגים אימוץ מסחרי נרחב.

• (FLT:0)איכותיות: 1.10LT:1 (שליטה) שיטות פולימריזציה רדיקליות, בעוד חזק, הם לעתים קרובות יותר יקר איטי יותר מאשר פולימרול חופשי קונבנציונלי.
• (FLT:0) ביו-גמישות והרעלת: ההרחבה:ראה LT:1 , מונותנים וזרזים רבים המשמשים סינתזת פולימרים חכמה הם רעילים.עיצוב פולימרים טבעיים או מתחדשים (למשל, חומצה איקונית, חומצה קדחת גלקטית) הוא אזור מחקר פעיל.
• אמינות:0 (Stimuli: 1) בסביבות בעולם האמיתי, טמפרטורה, pH או תנאי אור עשויים להיות משתנים או להפריע לתגובה של פולימר.
• (FLT:0) אינטגרציה עם אלקטרוניקה:FLT:1 עבור יישומים רבים, פולימר חייב ממשק עם חיישנים, מקורות חשמל, או מערכות בקרה.פיתוח חומרים היברידיים המשלבים אמפתיה עם פונקציונליות אלקטרונית הוא גבול.

הזדמנויות בשפע בתחומים כמו FLT:0 (דפסת הדפסה 4D) ; שבו אובייקטים מודפסים תלת-ממדיים עשויים מפולימרים חכמים לשנות צורה לאורך זמן בתגובה לרמזים סביבתיים - וב-FLT:2 מכשירים שניתן לייחס 3D 3D אשר לפקח על בריאות באמצעות צבע או שינויים התנהגותיים.

מסקנה

תוספת היא לא שדה בוגר מנוחה על laurels; היא מתפתחת במהירות לתוך פלטפורמה ליצירת חומרים אינטליגנטיים, הסתגלותיים.מ הידרוג'לs תגובתיים המשחררים סמים על הביקוש רובוטים רכים מונחה אור, פולימרים חכמים מגלמים את ההתכנסות של כימיה סינתטית, ננוטכנולוגיה, וחומרים הנדסה.הפיתוח המתמשך של טכניקות פולימריזציה מבוקרות, בשילוב עם הבנה עמוקה יותר של מערכות יחסים מתוחכמות, באמת יכול לדחוף את התרבות הרובוטית, מהמדע רובוטית, מעבר לאטמוספירה, וכן הלאה, מה שיכול להיות יותר, כמו גם מעבר לאטמוספירה, והנדסת חומרים סביבתיים, מה שיכולה, והנדסת חומרים.