KLÍČOVÁ ROLE VODY V CHYTRÝCH BIOAKTIVNÍCH POLYMERNÍCH SYSTÉMECH TERMO-RESPONZIVNÍHO CHARAKTERU Miloslav Milichovský

Stimuli-responzivní bioaktivní systémy Chytré systémy reagující na vnější podněty (teplota,elektrické pole atd.) a vnitřní změny (pH, koncentrace glukózy, solí apod.) Významné uplatnění zejména v medicíně, v separačních technikách apod. Rozhodující vliv však hraje teplota – reverzibilní termo-responzivní charakter klíčových látek tvořících tyto systémy a Voda – jedná se vždy o TRHRS (termo-responzivní hydratované submikro-, mikro- a makro-retikulární systémy)

Typické pro polymerní termo-responsivní látky s tzv Typické pro polymerní termo-responsivní látky s tzv. volume phase transition chováním (systémy s tzv. LCST – Low Critical Solution Temperature) Zvyšování teploty nad LCST Snižování teploty pod LCST Sol – hydrogel přechod Nezesíťovaný polymer Zvyšování teploty nad LCST Snižování teploty pod LCST Synereze hydrogelu Zesíťovaný polymer Nabobtnáno Odbobtnáno

Typickou látkou je poly(N-isopropylakrylamid) (PNIPAAm), jeho modifikace, kopolymery a duální nanokompositové systémy síťované nejčastěji N,N´-methylene-bis-akrylamidem (MBA)

Aplikace TRHRS za izotermálních a neizotermálních podmínek Aplikace TRHRS za izotermálních a neizotermálních podmínek. Příklad: samo-oscilačního hydrogel využívajícího Bělousov-Žabotinského oscilační reakce

Anomální chování konopné buničiny při mletí v závislosti na její teplotě (LCST buničiny 40o C)

Systémy s tzv. UCST – upper critical solution temperature Systémy s tzv. UCST – upper critical solution temperature. Hydrosystémy na bázi polymerních sítí PAAm, PAAc,PAAm-co-BMA atd. zejména typické pro UF předkondenzáty Zvýšení teploty nad UCST Snížení teploty pod UCST Koacervace UCST systému při zředění Zředění Závislost LCST a UCST na koncentraci T UCST LCST Concentration

I. Ředitelné retikulární systémy se slabým vazebným systémem Klasifikace TRHRS Typickou charakteristikou TRHRS je „volume phase transition temperature“ LCST nebo UCST. I. Ředitelné retikulární systémy se slabým vazebným systémem Zcela ředitelné polymerní roztoky (T< LCST or T> UCST) s lineárními polymerními řetězci s roubovanou či rozvětvenou strukturou tvořící sol-gel reversibilní hydrogely Kvasi-hydrogelové systémy (UCST charakteru) koacervující v průběhu žřeďování Rheosedimentující makro-retikularní vláknité 3D sítě na bázi celulózy (buničité suspenze) flokulující v průběhu ředění II. Zesíťované systémy s pevným vazebným systémem Makro-retikulární makro-pórovité systémy (přírodní a umělé houby) Mikro-retikulární mikro-pórovitý systém - Mikro-hydrogelové částicové systémy Hydrogelový film Mikro-retikulární systém, Mikro-pórovitá stěna

Schematické znázornění vlivu teploty a koncentrace na chování submikro- a mikro-retikulárních systémů LCST charakteru

Schematické znázornění vlivu teploty a koncentrace na chování submikro- a mikro-retikulárních systémů UCST charakteru

Princip hydratačních sil

Princip hydratačních sil

Biomimetické systémy – umělé svalstvo Elektro-aktivní papír na bázi regenerované celulózy; průhyb je silně závislý na vlhkosti (až o dva řáda stoupne při zvýšení R.H. s 50% na 95%),tloušťka 0,03 mm, frekvence průhybu 4 – 7 Hz, spotřeba elektr. energie 5 mW/cm2 Liter.: Kim et al. Macromolecules, Vol. 39, No. 12, 2006

Biomimetické systémy – umělé svalstvo Vysvětlení založené na působení hydratačních sil

Jsme na stopě umělého svalu? Závěr Jsme na stopě umělého svalu?

Děkuji za pozornost UNIVERZITA PARDUBICE (+420) 466 038 039 Fakulta chemicko-technologická Ústav chemie a technologie makromolekulárních látek Oddělení dřeva, celulózy a papíru Studentská 95 532 10 Pardubice WWW.UPCE.CZ (+420) 466 038 039 KDCP.FCHT@upce.cz