پلیمر های غیر ارگانیک هوشمند

دسته: مقالات منتشر شده در 27 فروردين 1399
نوشته شده توسط Admin بازدید: 1356

پلیمر های غیر ارگانیک هوشمند به چه موادی گفته می شود و انواع ان کدامند؟

پلیمرهای هوشمند غیر ارگانیک انواعی از پلیمرها می‌باشند که از خاصیت کاملا ارگانیک و یا ترکیبی برخوردارند و علاوه بر آن دارای خواص فیزیکی قابل تنظیم همانند خاصیت های فیزیکی پاسخگو به محرک می باشند. از این خواص می‌توان به شکل ظاهری، رسانایی، رئولوژی، فعالیت زیستی خود ترمیمی، حسگری و سایر موارد اشاره کرد. پلیمرهای ارگانیک در اغلب موارد از مواد نفتی ساخته می‌شوند اما پیکر اصلی آن ها از المان هایی به غیر از کربن تولید می‌شود که می‌تواند منجر به کاهش استفاده از منابع غیر تجدید پذیر شود و همچنین جایگزین های پایدارتری را فراهم سازد. انواع اصلی که در دسته پلیمرهای هوشمند غیر ارگانیک قرار می گیرند عبارتند از پلی سیلوکسان، پلی فسفات و پلی فسفاژن. این امکان وجود دارد که از پلیمرهای هوشمند غیر ارگانیک برای تولید محصولات بسیار متفاوتی در حوزه های متنوع استفاده کرد که شامل رسانش دارو، تولید بافت ، تولید پوشش و محصولات الکترونیکی می شود. پلیمر های نام برده شده در مقایسه با انواع ارگانیک از خواص عملکردی بهتری برخوردارند و همچنین سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند و این بدین معناست که نیازی به استفاده از مواد نرم کننده یا ایجاد خواصی همانند عدم اشتعال پذیری درونی نمی باشد. ویژگی های منحصر به فرد انواع متفاوتی از پلیمر های غیر ارگانیک هوشمند می‌تواند آنها را به گزینه مناسبی برای تولید محصولات فناوری محور و نوین تبدیل کند همانند الکترولیت های پلیمری جامد برای تولید مواد الکترونیکی، الکترونیک مولکولی با المانهای غیر فلزی به منظور جایگزینی انواع رساناهای فلزی، مواد الکتروکرومیک، پوششهای خود ترمیمی سنسورهای زیستی و مواد خود چینشی.

 

نقش انجمن COST action 1302

COST action 1302 یک انجمن اروپایی در حوزه شبکه های تحقیقاتی و فناوری و علم محور می باشد که ۶۲ پروژه مختلف در حوزه پلیمر های غیر ارگانیک هوشمند را پشتیبانی کرده است و این پروژه ها ۷۰ بار در بین سال‌های ۲۰۱۴ تا ۲۰۱۸ منتشر شده اند. هدف از پشتیبانی از پروژه های یاد شده دستیابی به چارچوبی است که به کمک آن بتوان انواع جدیدی از پلیمرهای غیر ارگانیک هوشمند را به صورت منطقی طراحی کرد. این فعالیت‌ها سهم بزرگی از کل فعالیت های انجام شده بر روی پلیمرهای نام برده شده را تشکیل می دهند.

 

پلی سیلوکسان های هوشمند

 

پلی سیلوکسان که معمولاً با نام سیلیکون نیز شناخته می شود نوعی از پلیمرهای غیرارگانیک است که از نظر تجاری به بیشترین میزان مورد استفاده قرار می گیرد. تحقیقات و مطالعات متعددی که در حوزه این پلیمرها صورت گرفته باعث شده تا آنها به یکی از بهترین بسترهای تحقیقاتی برای عاملدار سازی و همچنین ایجاد پلیمر های هوشمند تبدیل شوند. رویکردهایی که در این حوزه گزارش شده اند بیشتر حول موضوع اضافه سازی اکسید های فلزی به پلی سیلوکسان های تجاری و یا ایجاد زنجیره های جانبی عاملدار به روی پیکره اصلی پلی سیلوکسان میباشد. مصارف پلی سیلوکسان بسیار از یکدیگر متفاوت می باشند و از حوزه انتقال دارو تا پوشش های هوشمند و حوزه الکتروکرومیک را میتوانند در برگیرند.

انتقال دارو

 پلی سیلوکسان های پاسخگو به محرک های هوشمند از طریق اضافه سازی آمینهای پلی سیلوکسان به یک کربونیل اشباع نشده آلفا و بتا و افزودن aza-Michael تولید میشوند که در نهایت نوعی از پلی سیلوکسان با زنجیره های جانبی N-isopropyl amide تولید می شود. از ماده به دست آمده می توان به منظور حمل ایبوپروفن به عنوان نوعی ماده ضد التهابی و غیراستروئیدی و آب ترس استفاده کرد و پس از ان نیز می تواند آن را در پاسخ به تغییرات دمایی آزاد کند و به همین دلیل گزینه بسیار مناسبی برای انتقال داروی هوشمند در داروهای آب ترس می باشد. این اقدامات با توجه به توانایی پلیمر در حفظ ایبوپروفن در دمایی بالاتر از درجه حرارت بحرانی پایینی انحلال و انحلال آن در دماهای پایین تر از مقدار یاد شده صورت گرفته است و این در حالی است که میزان مورد نظر از ایبوپروفن در دمای مشخص شده آزاد می شود.

پوشش

انواعی از پوشش های ساخته شده از پلی سیلوکسان ها که به صورت تجاری در دسترس می باشند می توانند سطوح مختلف را از آلاینده‌های آسیب ‌زا حفاظت کنند اما اضافه سازی ماده تیتانیوم دی اکسید به آنها توانایی هوشمندی برای تخریب این آلاینده ها را بوجود می اورد که در حضور نور خورشید به سطح پوشش ها می چسبند. از این رخداد ویژه می توان به منظور حفاظت از آثار باستانی استفاده کرد. پوشش های ترکیبی مشابه که از پلی سیلوکسان های عامل دار شده با آمینو و تیتانیوم دی اکسید و ذرات بسیار ریز نقره ساخته میشوند، می‌توانند از خواص آب دوست و لکه زدا برخوردار باشند و به همین دلیل در مقایسه با انواع پوشش های ضد لک و آب ترس خواص ویژه ای دارند. ویژگی های هوشمندی نیز برای انواعی از پوشش های پلی سیلوکسانی عنوان شده است که عاری از اکسیدهای فلزی می باشند مانند پوشش های پلی سیلوکسان با پلی اتیلن ایمین که به منظور حفاظت از منیزیم در برابر فرسایش طراحی شده اند و این مواد می‌توانند خراشیدگی های کوچک را به صورت خودکار تنظیم سازند.

 

ترکیب پلی کاپرولاکتون و سیلوکسان

پلی کاپرولاکتون و سیلوکسان ترکیبی از مواد غیر ارگانیک و ارگانیک هستند که زمانی که به همراه ماتریس های الکترولیتی جامد و الکترولیت های لیتیومی پرکلرات و همچنین فیلمهای W2O3

 به کار برده شوند، می‌توانند با تغییر شفافیت پاسخگوی تمایزاتی باشند که در ولتاژ ایجاد میشود و همین باعث می‌شود تا آنها به شیشه های هوشمند الکتروکرومیک تبدیل شود.

پلیمرهای هوشمند فسفری

انواع متفاوتی از پلیمرهای فسفری وجود دارند که پیکر اصلی آنها از ساختارهای اولیه فسفری تا ساختارهای ارگانیک اولیه به همراه زیر واحدهای های فسفری می تواند متغیر باشد. تعدادی از این مواد از خواص هوشمندی برخوردارند و همچنین به دلیل خاصیت زیست سازگاری فسفری برای حوزه‌هایی همانند انتقال دارو، مهندسی بافت و ترمیم بافتی مورد توجه بسیاری می باشند.

پلی فسفات

پلی فسفات نوعی پلیمر غیر ارگانیک است که از زیر واحدهای فسفاتی ساخته شده و معمولاً عاری از پروتئین می‌باشد و می‌تواند انواعی از نمک ها را با کاتیونهای فلزی فیزیولوژیکی همانند کلسیم، سروتونیوم و منیزیوم ایجاد کند. توانایی ویژه این ماده در ضعیف سازی انواع بافتها (که در پاسخ به کاتیون های فلزی متفاوتی تولید شدند) باعث می‌شود تا ماده پلیمری یاد شده برای تولید محصولاتی در حوزه زیست پزشکی گزینه ای مطلوب باشد.

پلی فسفاژن ها

پلی فسفاژن نوعی از پلیمرهای غیر ارگانیک می‌باشد و در پیکره اصلی آن نیز فسفر و نیتروژن دیده می‌شود که همچنین می‌تواند پلیمرهای ترکیبی ارگانیک و غیر ارگانیک را با اضافه سازی زیرمجموعه های ارگانیک به وجود آورد. انواعی از پلی فسفاژن با اضافه سازی زنجیره های جانبی استرهای آمینو اسید ساخته شده اند که در واقع دمای بحرانی پایینی انحلال آن ها نزدیک به دمای بدن می باشد و به همین دلیل گزینه مناسبی برای انتقال دارو می باشند.

 

پلیمرهای حاوی فلزات و شبه فلزات

معمولاً ارتباطی بین فلزات و ساختار های پلیمری وجود ندارد اما وجود اتم های فلزی در داخل پیکره اصلی و یا پیکرهای معلق به روی زنجیره پلیمری می‌تواند باعث ایجاد خواص بسیار ویژه‌ای برای این مواد شود به خصوص انواعی که ارتباطی با ویژگی های الکترونیکی و احیا دارند. ویژگی های نام برده شده می‌تواند از خود ترمیمی در اکسایش تا حسگری و یا خود چینشی هوشمند ماده ای متفاوت باشد.

پلی استانان

پلی استانان یکی از دسته های پلیمری منحصر به فرد است و تنها پلیمر شناخته شده ای است که از پیکره اصلی الی فلزی ساخته شده است. این ماده از آنجایی بسیار منحصر به فرد می باشد که پیکره اصلی رسانای آن توسط زیرواحدهای ارگانیک محاصره شده اند وهمین مورد باعث شده تا این ماده به عنوان یک سیم عایق در مقیاس اتمی عمل کند. انواعی از این پلیمرها همانند (SnBu2)n و (SnOct2) از توانایی مطلوبی برای پاسخ گویی به محرکهای های خارجی برخوردارند و به همین دلیل برای تولید محصولات در حوزه پیکو الکترونیک مناسب می باشند. اگر چه ماده یاد شده در مقابل نور خورشید حالتی بسیار ناپایدار داشته و بهبود و توسعه ان نیازمند روشی برای پایدار سازی آن در برابر تخریب ناشی از قرارگیری در معرض نور می باشد.

پلی فروسنیل سیلان

پلی فروسنیل سیلان یکی از دسته های پلیمرهای فلزی ارگانو سیلیکون را تشکیل می دهد که از پیکره هایی حاوی سیلیکون و فروسن به وجود آمده است. انواع متفاوتی از این پلیمرها در پاسخ به اکسیداسیون ویژگی‌های خود چینشی داشته باشند و همچنین پس از کاهش می‌توانند رفتاری کاملاً عکس از خود نشان دهند و انواعی از این مواد نیز وجود دارند که در پاسخگویی به محرک های الکتروشیمیایی بسیار قوی می باشند. یکی از این موارد مثالی از فیلم های نازک هم بسپار های ترکیبی غیر ارگانیک و ارگانیک بین پلی استایرن و پلی فروسنیل سیلان می باشد که می توانند فریتین را به خوبی جذب کرده و با اعمال ولتاژ آن را آزاد سازند.

 

حسگرهای زیستی فروسن

انواع پلیمر های فروسن با ترکیبات ارگانیک، غیر ارگانیک و ارگانیک تولید شدند که از خواص هوشمندی برخوردارند و همه این موارد باعث شده اند تا آنها برای حوزه حسگرهای زیستی گزینه مطلوبی می باشد. انواعی از پلیمرها که دارای زنجیره های جانبی فروسنی می باشند، با گلوکز اکسیداز شبکه ای را تشکیل داده اند و دارای فعالیت های اکسایشی می باشند و این فعالیت ها باعث می شود تا مواد یاد شده بتوانند به عنوان سنسور های زیستی گلوکز به کار برده شوند.