Ek polimerizasyon uzun zamandır plastik endüstrisinin işhorları olmuştur, basit monomerleri bir sonraki aşamaya dönüştürerek: Akıllı polimerlerin ve duyarlı malzemelerin çağını, modern yaşamı tanımlayan polimerlerin temel polimerizasyonda, şimdi mühendislik polimerlerinden, çevreye verimli bir şekilde adapte olma yeteneği.
Smart Polimerler Nedir?
Akıllı polimerler - ayrıca stimuli-responsive veya akıllı polimerler olarak da bilinir - polimer mimarisinde geri dönüşümlü veya geri dönüşümlü değişiklikler geçiren makromoleküller: Özel fonksiyonel gruplar veya geçişler materyali dışsal tetiklere maruz kaldığında, bu tetikleyiciler sıcaklık değişimleri, pH değişiklikleri, ışık geri çekilme, elektrik veya manyetik alanlar ve hatta biyokimyasal cular.
Akıllı polimerlerin tüm öğretmenleri neredeyse her zaman ek polimerizasyon tekniklerine dayanmaktadır.ETHFLT:0) Serbest-radical polimerizasyon) birçok meta-responsive polimerler için ortak kalır, ancak son gelişmeler polidispersiyonel radikal polimerizasyon) ve zincirleme yöntemleri - atom transfer radikal polimerizasyon (ATRP) ve geri dönüşümlü bir ek-fragmantasyon zinciri transfer zinciri transfer (RAFT) polimerizasyon - moleküler ağırlık üzerinde mükemmel bir kontrol, polidisity ve zincirleme işlevi.
Alan biyolojik sistemlerden ilham alır. Doğal proteinler ve polisaccharides rutin olarak stimuli'ye yanıt verir - düşük ışık veya kan koagülasyonu düşük ışıkta, enzim kalibreli bu davranışları sentetik basitliğe, dayanıklılık ve tonability'ye doğal malzemeler ötesinde sunar.
Metalursive Materials
Sorumluluk malzemeleri, tetikleyicilerinin doğası tarafından geniş ölçüde sınıflandırılır. Her sınıf eşsiz mekanizmaları, tasarım ilkeleri ve uygulamaları vardır. Aşağıdaki bölümler en yaygın ince ve ticari olarak ilgili türleri detaylandırır.
Termo-Responsive Polimerler
Termo-responsive polimerler, daha düşük kritik çözüm sıcaklığı (LCST) veya üst kritik çözüm sıcaklığı (UCST) olarak bilinen bir faz geçişini göstermektedir; yukarıdakiler, polimer ön şifreleri veya çökmüşlerdir. Klasik örnek, PNIPAM'ı eşlemeli veya diğer eşlemeli, LCV'yi kullanarak, 32 °C'ye kadar LCST'ye kadar verir.
Termo-responsive polimerlerin uygulamaları şunları içerir:
- [FONT=0)Drug teslimat sistemleri: [DÜDÜT:1] Polimer micelller veya hidrojekteler, yüklerini sıcaklık artışları, e.g., bir inflamasyon yerinde serbest bırakmakta olan ilaçlarla yüklenir.
- [FONT:0) Akıllı kaplamalar: [Dönetici: [Dönler: 1] Hidrofilikten Hidrofobikliğe sıcaklıkla geçiş yapan yüzeyler, kendi kendine temiz pencereler veya mikrofluidik cihazlarda kullanılır.
- [FONT:0)Profesyoneller: Hidrogels, enjeksiyondan sonra vücut ısısında sağlam bir matris oluşturuyor, hücre büyümesi için bir matris oluşturuyor.
Son zamanlarda,Roy ve al. (ACS Kimyasal İncelemeler)) Biyomedikal kullanım için termo-responsif polimerlerin kapsamlı bir incelemesini sağlar.
PH-Responsive Polimerler
pH-responsive polimerler iyonizable gruplar içerir - örneğin, poli(acrylic asit) düşük pH ve çöküntülerde şarj edilir, ancak negatif olarak yüksek pH'a yanıt verir ve yüksek pH'a geri döner. Bu, polimerin uygunluğu, çözünürlük veya derece şişirme derecesi. Örneğin, poli(acrylic asit) düşük pH ve düşük pH'da ve çökmüşlerdir.
Bu malzemeler özellikle gastrointestinal sistemde değerlidir, pH asit midesinden dramatik olarak değişir (pH 1–3) nötr bağırsaklara (pH 6-7.5) İlaç şirketleri mide asitinden korumak ve onları bağırsaktan salıvermek için pH sorumlu polimerler kullanır.
- [FONT:0)Sensors:[Dönetici:[Dönetici:0)[Döneticiler:[Döneticiler:[Döneticiler:[Dönler:))))))) PH değişiklikleri rapor eden renkli veya floresan radyolar.
- [FONT:0) Kontrollü serbest bırakılması:[Dönetici:[Dönetici:0) Düşük pH ile yara sitelerindeki büyüme faktörlerini salıveren Micropartiküller.
- [FONT:0)Separasyon membranları:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)Separasyon membranları:[Düzg:[Dönetici:[Düzgömürüm))
PH-responsive polimer sistemlerinin ayrıntılı bir hesabı, [FONTD:0] Bu Doğa Yorumlar Kimya makalesi).
Işık-Responsive Polimerler
Işıklı polimerler fotoreaktif gruplar içerir fotoreaktif gruplar, fotodimerizasyon veya fotodegradasyon belirli dalgalara maruz kalma konusunda. Azobenzene klasik bir kromofordur: UV ışığı altında, bükme, genişleme veya renk değişimi gibi makroskopi tepkiler verir.[Döneticiler[Döneticiler için).
Işık diğer stimuli'lerin avantajları sunar: yüksek uzaysal ve zamansal hassasiyetle uzaktan uygulanabilir. Applications şunları içerir:
- [FONTcal hareketleri: [Döneticiler: [Döneticiler: 0,0)Optical hareketleri: [Döneticiler:[Dönemeler:[Döneme: 1 ) Işıklara maruz kaldığı zaman, yumuşak robotlar ve mikro-mir diziler.
- [FONT=0)Fotoğrafpatterning: [DD][D yapılar, ışık kontrollü bağlantı kullanarak polimer filmlerinde 3D yapılar oluşturmak.
- [FONT:0)Drug teslimat:[Dönetici:[Dönetici: 0) Işık-triggered salıvermeler veya hidrogels fotoğraf-labile gruplarla kapıldı.
Araştırmacılar, [FONTNT:0) Bilim), modellenmiş ışık kullanarak karmaşık şekil değişiklikleri elde etmek için programlanmış bir hidrogel göstermiştir, fotoresponsive materyallerin gücünü tasvir eder.
Multi-Responsive Polimerler
Birçok uygulama, iki veya daha fazla uyarana cevap veren bir polimer gerektirir. Örneğin, her iki ısıya ve pH duyarlı bir grupla karşılaşabileceğiniz belirli bir biyolojik ortamda, her iki koşullu (örneğin, düşük pH ve yüksek sıcaklık) Multi-responsive polimerler genellikle blok veya gresyon olarak tasarlanmıştır.
Ortak kombinasyonlar termo/pH, termo/light ve pH/redox içerir. Redox-responsive polimerler (O oksiting veya azaltma ajanlarına karşı) hedef anticanser ilaç salıvermeleri için ortaya çıkıyor, çünkü tümör hücreleri genellikle glutathione (bireyin azaltılması aracı) ile incelenir.
Addition Polimerizasyon Geleceği
Polimerizasyon, akıllı polimer sentezlerini destekleyen motordur.Poyl monomerleri polimerize etme yeteneği - kalemdent fonksiyonel gruplarla - stimuli-responsive moieties'nin dahil edilmesi doğrudan arka kemiğine veya yan zincirlere bağlıdır.
Enablerleyici olarak radikal Polimerizasyon (CRP) Kontrol etti
[FONT:0)ATRP[DÜDÜT:1) ve [[DÜDÜSÜŞÜNÜSÜDÜSÜSÜSÜSÜŞÜNÜSÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ
CRP'deki son yenilikler şöyledir:0)fotoğraflı ATRP) görünür ve bu da polimer büyümesi için daha uygun polimerleri sağlar.Bu, yüksek çözünürlükte veya modelli sentez platformları oluşturmak için kapıyı açar.[Dönetici CRP[Dönetici CRP) En uygun binlerce polimer kompozisyonu hızla bulabilir.
Tıpta Akıllı Polimerler
Tıbbi uygulamalar akıllı polimer araştırmalarının en büyük sürücüsüdür. Hedeflenen ilaç teslimi, tanınma görüntüleme ve rejeneratif tıp tüm faydalarını fizyolojik veya dışsal olarak uygulanan sinyallere yanıt veren malzemelerden geri alabilir. Örneğin, nanopartiküller içeren termo-sojektif hidrojektif hidrojektif hidrojektif hidrojektif hidrojektif hidrojektif hidrojektif hidrojektif hidrojektif hidrojektif hidrojektif hidrojektif hidrojektifler için teşvik edilebilir; mevcut araştırma, tam olarak tüm monomerleri kullanarak onaylanmış olan monomerleri kullanmaya odaklanır (örneğin, FDA-soijinaloksitoksitoksitoksitoksitoksiktif alternatifleri)
Mikroküresel malzemeler başka bir doğa sınırıdır. Mikrokökezleri otomatik olarak tıbbi implantların ve cihazların ömrünü uzatabilir. Ortak bir yaklaşım, monomer ve katalizör içeren mikrokapıları içerir; bir çatlakları kırarken, tekrarlanan polimerizasyon yoluyla çatlakları kırınır. daha sofistike sistemler geri dönüşümlü bağlar [e.g., Direnler)
Robotik ve Akıcılar
Yumuşak robotlar, elektrik, termal veya kimyasal sinyallere yanıt olarak şekil veya sertlik değiştirebilecek malzemeler gerektirir. Sıvı kristal elastomerler (LCEs), büyük, geri dönüşümlü veya UV ışığa maruz kalan polimerizasyon ile sentezlenen bir malzemedir. LCEs kullanarak, hatta yapay iris cihazları kullanılarak üretilir.
Başka bir yaklaşım, bir gerilimin uygulandığı zaman, DEAs'ın (aslıt polimerler veya polimerler) üzerinde ortaya çıkan (örneğin, silikonlar veya akrilikler) (MS) ) ile ek polimerizasyon ile birlikte üretilen polimerlerin değerlendirilmesi, ek polimerizasyon ile üretilen sineratör performansında artış göstermesine rağmen.
Çevresel İzleme ve Yeniden Araçlama
Akıllı polimerler giderek artan oranda kirleticiler ve kirleticileri ortadan kaldırmak için kullanılır. pH-responsive polimerler su kalitesi için renkli ölçüm sensörleri olarak hareket edebilir, asitli kirletici kirleticilerin varlığında renk değiştirirler.
Son zamanlarda yapılan çalışmalar:0)Environmental Science & Teknoloji), sudan fosfat çıkarmak ve serbest bırakmak için sadece sıcaklık yükseltmek için sürdürülebilir bir yaklaşım sunmak için bir termo-responsive Hidrogel gösteriyor.
Meydanlar ve Fırsatlar
Sözcülüğe rağmen, akıllı polimerlerin yaygın ticari kabule ulaşmadan önce birkaç zorluk kalır.
- [FONT:0)Scalability:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici radikal polimerizasyon yöntemleri kontrol edilirken, güçlü iken genellikle geleneksel serbest nükleer polimerizasyondan daha pahalı ve daha yavaştır.
- [FONT:0)Biocompatability ve toksisite: Akıllı polimer sentezlerinde kullanılan birçok monomer ve katalizörler toksiktir. Doğal veya yenilenebilir monomerlerden tasarım polimerler (örneğin, itaconik asit, lactic asit) aktif bir araştırma alanıdır.
- [FONT:0]Stimuli güvenilirlik:[Dön dünya ortamlarda, sıcaklık, pH veya ışık koşulları, polimerin cevabına değişken olabilir veya müdahale edebilir. Robust bu varyasyonlar için hesapların gerekli olduğunu tasarlayın.
- [FONT:0) Elektronik ile Integration:[Dönetici:[Dönetici: 0,3) Birçok uygulama için, polimer sensörleri, güç kaynakları veya kontrol sistemleri ile arayüze ihtiyaç duyar. Elektronik işlevsellik ile polimere duyarlılığı birleştiren hibrit malzemeler geliştirmek bir sınırdır.
DÖRT:0)4D baskı) - akıllı polimerlerden yapılan 3D baskılı nesneler çevresel cueslere yanıt olarak zaman içinde değişir - ve kullanılabilir cihazlar ).
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Ek polimerizasyon, organik kimyanın yakınlığını talep eden olgun bir alan değildir; Akıllı, nanoteknoloji ve malzemeler mühendisliği oluşturmak için hızla bir platform haline getirilir.Teksiyonel, adaptif malzemeler. termo-responsive Hidrogels that release Drugs on demand to light-driven soft robot, smart polimerler, embody the current of sentetik kimya, nanoteknoloji, ve malzemeler mühendisliği.