Szupermakropórusos polimerek Készítette: Károly Anna

Bevezetés A IUPAC definíciója szerint makropórusos polimerek közé sorolhatók azok, melyek pórusmérete a 50 nm-től 1 μm-ig terjedő tartományba sorolható. Szupermakropórusosak azok, melyek pórus átmérője 1 μm-től 100 μm-ig terjed. Mikrométeres pórusméretű polimereket sok szakirodalom makropórusosnak hívja. Ezek a makropórusos-szupermakropórusos polimerek nagy felülettel és nagy pórusmérettel rendelkeznek, ami széleskörű alkalmazást tesz lehetővé.

Gélek A gélek alaktartó, nem túl nagy mechanikai hatásra rugalmasan viselkedő kolloid rendszerek. A kolloid részecskék között vonzó és taszító kölcsönhatások vannak. Abban az esetben, ha a vonzás energiája nagyobb a részecskék kinetikus energiájánál és a kolloid taszítás elhanyagolható, a részecskék összetapadnak, megfelelő töménységük esetén a teljes rendszer térfogatára kiterjedő vázat alkotnak. Háromdimeziós vázuknak köszönhetően: Akaltartóak Deformálhatóak Polimer oldatként viselkednek Szilár és folyékony rendszerek között átmenetet képeznek

Makropórusos polimer gélek A makropórusos hidrogélek a makropórusos polimerek egy külön csoportját alkotják, melyek képesek nagy mennyiségű víz megkötésére oldódás nélkül. A víz megkötő tulajdonság a hidrofil csoportoknak köszönhető, a térhálós szerkezet pedig megakadályozza a víz eltávozását. Új lehetőség → heterogén szerkezet: pórusok oldószerrel teltek, melyeket relatíve vékony polimer fal vesz körül. A polimer természete: Pórus mérete Pórus méret eloszlása Pórusok összekapcsolódása Tekervényessége → sikeres alkalmazhatóság az élettudományok területén

Makropórusos polimer gélek előállítási technikái 2 alap technológia: Inert templát használata hidrogél előállításnál: a polimer készítés templát jelenlétében játszódik le, pl.: kriogélesítés A polimer előállítási reakciók a rendszer fagyáspontjánál alacsonyabb hőmérsékleten történnek. A makropórusos szerkezet a jég kristályoknak köszönhetően alakul ki, amik templátként szolgálnak a pórus kialakulásnál. fázis szeparáció

Kriogél készítés A kriogélesítés, a folyamat, mikor a hidrogélt az oldószer fagyáspontja alatti hőmérsékleten készítik el. Az eljárás során a víz nagy része fagyott állapotban van és jég kristályokat formál, míg a nem fagyott víz, az oldható anyagok, mint a polimer, monomer, iniciátor, keresztkötő stb. a nem fagyott folyadék fázisban dúsulnak fel. Ebben a fázisban indul meg a gélesedés és a jég kristályok szolgálnak a későbbi pórusok helyeként. A makropórusos szerkezet az oldószer fagyáspontja alatti hőmérsékleten alakul ki, majd a hidrogélt fagyáspont fölötti hőmérsékletű helyre helyezik, ekkor az oldószerkristályok megolvadnak, ezzel létrehozva a kívánt szivacsos szerkezetet.

Az oldat fagyása után a nem fagyott rész tartalmazza az összes oldott anyagot és részecskét. Itt történik meg a reakció, melynek eredményeként egy stabil polimer váz alakul ki. Kiolvasztás után a víz kifolyik és kialakul a kívánt pórusos szerkezet .

Fázis szeparációs eljárás 2 fajta: Szilárd – folyadék Folyadék – folyadék Ha a rendszer fagyás hőmérséklete magasabb a fázis szeparáció hőmérsékleténél, a rendszer szétválasztható a hőmérséklet csökkentése által → szilárd-folyadék fázis szeparáció A hőmérséklet csökkentés által az oldószer kristályosodik, és e körül polimerizálódik a rendszer. Ezt követően az oldószert eltávolítják, és a kristályok helyén keletkeznek a pórusok. Az oldószeren és a fázis szeparáció körülményein múlik, hogy a hab pórusszerkezete véletlenszerű vagy orientált lesz.

Véletlenszerűen kialakult pórusos szerkezetű habok A polimer oldatot hirtelen fagyasztóba teszik, hogy a kristályosodás meginduljon és kialakuljon a szilárd-folyadék fázis szeparáció. Az oldószer fagyasztva szárítása után anizotróp szerkezet alakul ki. A Poli-L-tejsav -dioxán oldatban végbement szilárd-folyadék fázis szeparáció után egy létrához hasonlító szerkezet alakul ki a pórusos habban.

Orientált szerkezetű habok Ahhoz, hogy orientált szerkezetű habok képződjenek, a fázis szeparációt egytengelyű hőmérséklet gradiens mellett kell lefolytatni. Ehhez a polimer oldatot tartalmazó minta széleit leszigetelik, majd fém felületre helyezve teszik a fagyasztóba a longitudinális hővezetés miatt. Ha PLLA-benzol rendszer ilyen fázisszeparációs eljáráson megy keresztül, jól definiált csatornák alakulnak ki.

Folyadék – folyadék fázis szeparáció Ha az oldószer fagyáspontja jóval alacsonyabb a fázisszeparációs művelet hőmérsékleténél → folyadék – folyadék fázis szeparáció Magas hőmérsékleten a polimer oldat egy fázisban van, lehűtjük egy bizonyos hőmérséklet alá, akkor szétválik egy polimerben szegény és egy polimerben gazdag fázisra. A polimerben szegény fázisban polimerben gazdag cseppek alakulnak ki alacsony polimer koncentráció esetén. Ha az oldószert eltávolítjuk, porszerű szilárd polimerhez jutunk. Ha a polimer koncentráció magas, polimerben szegény cseppek alakulnak ki a polimerben gazdag fázisban, és ennek következtében zárt pórusú habokat kapunk.

Makropórusos polimerek alkalmazási lehetőségei Orvos-biológiai, biotechnológiai, gyógyszeripari alkalmazás Kiemelkedik a mesterséges szövet előállítása, ahol vázként szolgálnak. A polimer és a sejtek közötti interakció biztosítása egy kulcskérdés a mesterséget szövet alkotásban. A nagy felület segíti a sejtek megtapadását és növekedését, míg a nagy pórus térfogat a diffúziót biztosítja.

Makropórusos polimerek alkalmazási lehetőségei Kromatográfiai alkalmazás A tradicionális töltött ágyas kromatográfia nem képes sejteket tartalmazó szuszpenzió elválasztására, erre megoldás a szupermakropórusos polimerek. A monolitok egyetlen pórusos anyagból állnak, pórusok nyitottak és egymással kapcsolatban vannak → nincs stagnáló régió, és az anyagátadás a mozgó és az álló fázis között felgyorsul. Fehérjék, polinukleotidok és vírusok elválasztásánál hasznos. Töltött ágyas oszlopok porozitása 40% körüli, monolitokkal a porozitás akár 90%-ig növelhető. Extrém nagy molekulák megkötésére igen jó kapacitással rendelkeznek. A szupermakropórusos szerkezetnek köszönhetően olyan molekulák elválasztására is lehetőség nyílik, amik idáig szemcsés töltetekkel nem voltak megvalósíthatók.

Kérdések Mekkora a szakirodalomban makropórusos polimernek nevezett anyagok pórus átmérője? Mik a gélek? Hogyan állíthatók elő makropórusos polimerek? Az előállítási technikák rövid jellemzése. Hol használják ezeket a makropórusos polimereket?

Köszönöm a figyelmet!