GR1009866B - Ηλεκτροαγωγιμες υδρογελες βασιζομενες σε συμπολυμερη πολυ(πυρρολιου)-πολυ(βινυλοσουλφωνικου αλατος νατριου) για βιοηλεκτρονικες εφαρμογες - Google Patents
Ηλεκτροαγωγιμες υδρογελες βασιζομενες σε συμπολυμερη πολυ(πυρρολιου)-πολυ(βινυλοσουλφωνικου αλατος νατριου) για βιοηλεκτρονικες εφαρμογες Download PDFInfo
- Publication number
- GR1009866B GR1009866B GR20170100165A GR20170100165A GR1009866B GR 1009866 B GR1009866 B GR 1009866B GR 20170100165 A GR20170100165 A GR 20170100165A GR 20170100165 A GR20170100165 A GR 20170100165A GR 1009866 B GR1009866 B GR 1009866B
- Authority
- GR
- Greece
- Prior art keywords
- poly
- pyrrole
- electroconductive
- triethylene glycol
- sodium
- Prior art date
Links
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 46
- -1 poly(pyrrole) Polymers 0.000 title claims description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 claims description 28
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 22
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 22
- 229940071745 poly(sodium vinyl sulfonate) Drugs 0.000 claims description 14
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000004342 Benzoyl peroxide Substances 0.000 claims description 8
- OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N Benzoylperoxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OOC(=O)C1=CC=CC=C1 OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 235000019400 benzoyl peroxide Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 7
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims description 7
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 6
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 6
- 238000007348 radical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 claims description 5
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- LVEYOSJUKRVCCF-UHFFFAOYSA-N 1,3-Bis(diphenylphosphino)propane Substances C=1C=CC=CC=1P(C=1C=CC=CC=1)CCCP(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 LVEYOSJUKRVCCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003505 polymerization initiator Substances 0.000 claims description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 3
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 2
- 238000005649 metathesis reaction Methods 0.000 claims description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanopropan-2-yldiazenyl)-2-methylpropanenitrile Chemical compound N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N AIBN Substances N#CC(C)(C)\N=N\C(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N 0.000 claims 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims 1
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 claims 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 16
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 1H-pyrrole Natural products C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- BWYYYTVSBPRQCN-UHFFFAOYSA-M sodium;ethenesulfonate Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)C=C BWYYYTVSBPRQCN-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 10
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 8
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 7
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 6
- 150000003233 pyrroles Chemical class 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 4
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000001542 size-exclusion chromatography Methods 0.000 description 4
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000004847 absorption spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 238000012306 spectroscopic technique Methods 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- PCLIMKBDDGJMGD-UHFFFAOYSA-N N-bromosuccinimide Chemical compound BrN1C(=O)CCC1=O PCLIMKBDDGJMGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 2
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- HWSSEYVMGDIFMH-UHFFFAOYSA-N 2-[2-[2-(2-methylprop-2-enoyloxy)ethoxy]ethoxy]ethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCOCCOCCOC(=O)C(C)=C HWSSEYVMGDIFMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YSWYTNFIIFKACS-UHFFFAOYSA-N 3-(chloromethyl)-1h-pyrrole Chemical compound ClCC=1C=CNC=1 YSWYTNFIIFKACS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007818 Grignard reagent Substances 0.000 description 1
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N Hydrogen bromide Chemical compound Br CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NJHPWOQALXDSNZ-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Br] Chemical group [Mg].[Br] NJHPWOQALXDSNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 238000005893 bromination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 description 1
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 1
- 238000007416 differential thermogravimetric analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000006266 etherification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000002290 gas chromatography-mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 210000002216 heart Anatomy 0.000 description 1
- 238000001198 high resolution scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- AVNRJUHUOZDFKS-UHFFFAOYSA-N phenyl(3-phenylphosphanylpropyl)phosphane Chemical compound C=1C=CC=CC=1PCCCPC1=CC=CC=C1 AVNRJUHUOZDFKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000628 photoluminescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
- C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
- C08G61/124—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one nitrogen atom in the ring
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D165/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Coating compositions based on derivatives of such polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
- H01B1/124—Intrinsically conductive polymers
- H01B1/127—Intrinsically conductive polymers comprising five-membered aromatic rings in the main chain, e.g. polypyrroles, polythiophenes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/10—Definition of the polymer structure
- C08G2261/12—Copolymers
- C08G2261/128—Copolymers graft
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/10—Definition of the polymer structure
- C08G2261/13—Morphological aspects
- C08G2261/135—Cross-linked structures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/10—Definition of the polymer structure
- C08G2261/14—Side-groups
- C08G2261/142—Side-chains containing oxygen
- C08G2261/1424—Side-chains containing oxygen containing ether groups, including alkoxy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
- C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
- C08G2261/322—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed
- C08G2261/3221—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed containing one or more nitrogen atoms as the only heteroatom, e.g. pyrrole, pyridine or triazole
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/50—Physical properties
- C08G2261/51—Charge transport
- C08G2261/512—Hole transport
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/50—Physical properties
- C08G2261/51—Charge transport
- C08G2261/516—Charge transport ion-conductive
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/70—Post-treatment
- C08G2261/76—Post-treatment crosslinking
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/70—Post-treatment
- C08G2261/77—Post-treatment grafting
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Στην παρούσα εφεύρεση περιγράφεται η διαδικασία σύνθεσης νέων ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών οι οποίες βασίζονται στο συζυγιακό πολυμερές της πολυ(πυρρόλης) και του βινυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου. Ταυτόχρονα περιγράφεται και διεκδικείται (αξιώνεται) η χρήση τους και εφαρμογή τους σε οπτοηλεκτρονικές - βιοηλεκτρονικές διατάξεις.
Description
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ
ΗΛΕΚΤΡΟΑΓΩΓΙΜΕΣ ΥΔΡΟΓΕΛΕΣ ΒΑΣΙΖΟΜΕΝΕΣ ΣΕ ΣΥΜΠΟΛΥΜΕΡΗ
ΠΟΛΥ(ΠΥΡΡΟΛΙΟΥ)-ΠΟΛΥ(ΒΙΝΥΛΟΣΟΥΛΦΩΝΙΚΟΥ ΑΛΑΤΟΣ ΝΑΤΡΙΟΥ) ΓΙΑ
ΒΙΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ
Θέμα της εφεύρεσης
Η παρούσα εφεύρεση αναφέρεται στην ανάπτυξη νέων ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών για βιοηλεκτρονικές εφαρμογές. Τα συγκεκριμένα υλικά συνδυάζουν ταυτόχρονα καλές μηχανικές ιδιότητες λόγω της ύπαρξης μιας ένυδρης (υψηλή περιεκτικότητα σε νερό) τρισδιάστατης (3D) δομής (πορώδες υλικό που αποτελείται από ένα δίκτυο από σταυροδεσμούς) με ταυτόχρονη εμφάνιση ηλεκτρονιακής αγωγιμότητας (λόγω παρουσίας των συζυγιακών πολυμερών) και ιοντικής αγωγιμότητας με την προσθήκη ιόντων στα άκρα των αλυσίδων των συζυγιακών πολυμερών. Μέχρι τώρα το πιο διαδεδομένο οργανικό υλικό (συζυγιακό πολυμερές) που χρησιμοποιείται για την σύνθεση ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών είναι το PEDOT:PSS [πολύ(αίθυλενοδιοξυθειοφαίνιο):πολύ(στυρυλοσουλφωνικό οξύ)], που είναι γνωστό με την εμπορική ονομασία Baytron. Τα μεγαλύτερα όμως μειονεκτήματα για το PEDOT:PSS στη βιοηλεκτρονική είναι η χαμηλή ιοντική αγωγιμότητα και η κακή μηχανική αντοχή του. Η σύνθεση λοιπόν ηλεκτροαγώγιμης υδρογέλης ενός συστατικού (single component) με την χημική ενσωμάτωση των συζυγιακών πολυμερών που θα φέρουν και ιόντα ώστε να προσδώσουν την απαίτούμενη ιοντική αγωγιμότητα σε ένα προκατασκευασμένο τρισδιάστατο (3D) δίκτυο υδρογέλης αποτελεί το ερευνητικό αντικείμενο της παρούσας εφεύρεσης .
Υπόβαθρο της εφεύρεσης
Οι ηλεκτρικά αγώγιμες υδρογέλες αποτελούν μια κατηγορία υλικών που έχει αρχίσει να αναπτύσσεται ραγδαία τα τελευταία χρόνια λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους, συνδυάζοντας καλές μηχανικές ιδιότητες με ταυτόχρονη εμφάνιση ηλεκτρονιακής αγωγιμότητας λόγω της παρουσίας συζυγιακών πολυμερών. Τέτοιου είδους υλικά δεν έχουν αναπτυχθεί έως σήμερα, αλλά θεωρούνται ιδεατά υλικά για εφαρμογή στον ραγδαία αναπτυσσόμενο επιστημονικά κλάδο της βιοηλεκτρονικής που συνδέει αποτελεσματικά τη βιολογία με το πεδίο των συμβατικών ηλεκτρονικών. Oι ηλεκτροαγώγιμες υδρογέλες προσελκύουν μεγάλο ενδιαφέρον στον τομέα των βιοϋλικών και παρουσιάζουν ένα ευρύ φάσμα βιοιατρικών εφαρμογών όπως οι βιοαισθητήρες, η μεταφορά φαρμάκου (drug delivery) και η μηχανική ιστών (tissue engineering). Πιο συγκεκριμένα, οι ηλεκτροαγώγιμες υδρογέλες έχουν προσελκύσει ιδιαίτερη προσοχή ως διεπαφανιακά υλικά σε ηλεκτροχημικούς βιοαισθητήρες καθώς συνδυάζουν παρόμοια ηλεκτρο-απόκριση με αυτή των συζυγιακών πολυμερών με ταυτόχρονη διατήρηση της ικανότητας της υδρογέλης να συγκρατεί τα βιοδραστικά μόρια. Τα συζυγιακά πολυμερή διευκολύνουν την μεταφορά ηλεκτρονίων κατά μήκος των διεπαφών καθώς η πορώδης δομή παρέχει μεγάλο εμβαδόν επιφάνειας και μικρότερο μήκος διάχυσης, και η υψηλή περιεκτικότητα σε νερό που παρουσιάζεται από την υδρογέλη ενισχύει την βιοσυμβατότητα. Oι ηλεκτροαγώγιμες υδρογέλες μπορούν να χρησιμεύσουν επίσης ως συστήματα απόκρισης κατά την χορήγηση φαρμάκων που υπόκείνταί σε χημικές ή φυσικές μεταβολές κάτω από εφαρμοζόμενα ηλεκτρικά πεδία. Με την αλλαγή της οξε ίδοαναγωγίκής κατάστασης του συζυγιακού πολυμερούς μπορεί να μεταβάλλεται το φορτίο της κύριας αλυσίδας του πολυμερούς, όπως επίσης και ο όγκος του ικριώματος. Αυτό θα μπορούσε να έχει σαν αποτέλεσμα να γίνει χορήγηση φαρμάκων με ελεγχόμενο τρόπο. Ανιονικώς φορτισμένα φάρμακα θα μπορούσαν εύκολα να τοποθετηθούν στα συζυγιακά πολυμερή κατά τη διάρκεια της σύνθεσης. Μετά την διαδικασία του πολυμερισμού, τα συζυγιακά πολυμερή βρίσκονται σε οξειδωμένη μορφή και η κύρια μακρομοριακή αλυσίδα είναι θετικά φορτισμένη. Αυτά τα θετικά φορτία εξισορροπούνται με ανιόντα ώστε να διατηρηθεί η ηλεκτρο-ουδετερότητα. Έτσι, αρνητικώς φορτισμένα φάρμακα μπορούν να χρησιμεύσουν ως αντισταθμιστικά ιόντα και θα μπορούσαν να εισαχθούν κατά την διάρκεια του πολυμερισμού. Κατιοντικώς φορτισμένα φάρμακα επίσης θα μπορούσαν να εισαχθούν σε δίκτυα συζυγιακών πολυμερών. Αυτό θα μπορούσε να επιτευχθεί με ηλεκτροστατικές και υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις μεταξύ του φαρμάκου, της κύριας αλυσίδας του πολυμερούς και του ανιονικού αντισταθμιστικού ιόντος. Εναλλακτικά, το κατιοντικά φορτισμένο φάρμακο μπορεί να είσαχθεί μετά την σύνθεση και μετά από αναγωγή του συζυγιακού πολυμερικού δικτύου. Ωστόσο, η εφαρμογή των ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών σε συστήματα μεταφοράς φαρμάκου περιορίζεται ως τώρα από τη χαμηλή απόδοση εισαγωγής (low loading efficiency), που θα μπορούσε να επιτευχθεί και απο την παθητική διάχυση των μικρών αντισταθμιστικών ιόντων από το δίκτυο.
Μία πολύ σημαντική εφαρμογή των ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών είναι η μηχανική των ιστών. Αυτά τα συστήματα είναι ιδανικοί υποψήφιοι με σκοπό τη χρήση τους ως ενα τρισδιάστατο δίκτυο για κυτταρικά υλικά ενοφθαλμισμού (cell seeding) και την κυτταρική αναγέννηση. Στο σύστημα αυτό, η υδρογέλη παρέχει το ενυδατωμένο περιβάλλον που απαιτείται, το επιθυμητό πορώδες για την ανταλλαγή των θρεπτικών ουσιών, και την μηχανική ακεραιότητα για την υποστήριξη των κυττάρων και την κατάλληλη πρόσφυση τους. Από την άλλη πλευρά, η συνιστώσα του συζυγιακού πολυμερούς παρέχει την απαιτούμενη ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα στους ηλεκτροαποκρινόμενους ιστούς όπως καρδιά, εγκέφαλο, μύες και νεύρα. Oι ηλεκτροαγώγιμες υδρογέλες έχουν δείξει ελπίδοφόρα αποτελέσματα στην αναγεννητική ιατρική (regenerative medicine) και όπως τονίζεται στην βιβλιογραφία, πολλές από τις αναπτυγμένες ηλεκτροαγώγιμες υδρογέλες προάγουν την κυτταρική προσκόλλησηπρόσφυση και τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων. Ωστόσο, η μακροπρόθεσμη χρήση τους παραμένει περιορισμένη λόγω της υποβάθμισης των ηλεκτρονισκών τους ιδιοτήτων μετά από επώαση σε φυσιολογικές συνθήκες λόγω της απώλειας προσμίξεων. Μέχρι σήμερα η σύνθεση ή ο σχηματισμός ηλεκτρικοαγώγίμων υδρογελών τα οποία βασίζονται στα συζυγιακά πολυμερή έχει αποδείχθεί ιδιαίτερης δυσκολίας. Ένα τρισδιάστατο δίκτυο απο υδρογέλες αποτελείται από υδρόφιλα πολυμερή διασυνδεδεμένα με σταυροδεσμούς, με υψηλή περιεκτικότητα σε νερό, ενώ παράλληλα παρουσιάζει ελαστική συμπεριφορά, και έχει πορώδης εσωτερικές δομές. Αντίθετα, τα συζυγιακά πολυμερή παρουσιάζουν: α) υψηλή ακαμψία λόγω της εγγενώς άκαμπτης κύριας αλυσίδας τους, η οποία περιέχει συζυγία διπλών δεσμών, β) αρκετά υδρόφοβη φύση λόγω των αρωματικών δακτυλίων στη κύρια αλυσίδα, και γ) ανεπιθύμητους σταυροδεσμούς που προκαλούνται από την π-π αλληλοεπικάλυψη των αλυσίδων.
Ως εκ τούτου, αρχικά παρουσιάζεται αδύνατον αυτά τα πολυμερή να κρίθούν κατάλληλα πρόδρομα υλικά για την σύνθεση των αγώγιμων υδρογελών. Δύο είναι οι κυριότερες μεθοδολογίες που δίερευνώνται γία την ανάπτυξη των αγώγιμων υδρογελών. Η πρώτη είναι να αναπτυχθεί το συζυγιακό πολυμερές απο μια προπαρασκευασμένη υδρογέλη - αυτή η οδός αναφέρεταί συχνά ως ανάπτυξη υβρίδικών συστημάτων. Η δεύτερη είναι η χρήση του συζυγιακού πολυμερούς σαν το μοναδικό πολυμερικό συστατικό (συνεχής φάση) στο δίκτυο υδρογέλης, αυτό μπορεί να επιτευχθεί: α) με αυτο-οργάνωση του πολυμερούς, β) είσάγοντας υδατοδιαλυτές ομάδες με σταυροδεσμούς στον σκελετό του πολυμερούς, γ) ξήρανση με ψύξη (freeze drying) διαλυμάτων του συζυγιακού πολυμερούς, ή δ) χρησιμοποιώντας ένα πηκτωματοποιητή χαμηλού μοριακού βάρους (low molecular weight gelator, LMWG). Τα συστήματα απο υβριδίκές υδρογέλες αποτελούνται από αλυσίδες συζυγιακών πολυμερών που είναι φυσικώς ή ίοντικώς εγκλωβισμένες εντός της συμβατικής μήτρας της υδρογέλης με τέτοιο τρόπο ώστε να περιορίζεται η λειτουργίκότητά τους σε φυσιολογικές συνθήκες. Καθώς η υδρογέλη διογκώνεται σε φυσιολογικό pH, οι αλυσίδες του συζυγιακού πολυμερούς που είχαν παγιδευτεί με φυσικό τρόπο διαφεύγουν, διεργασία η οποία ενεργοποιεί κάποια αύξηση στην τοξικότητα καί προκαλεί πτώση στην ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα. Oι ιοντικά δεσμευμένες αλυσίδες εξουδετερώνονται σε pH = 7,4 και τελικά διαφεύγουν από το τρισδιάστατο δίκτυο, που οδηγεί στην υποβάθμιση των επιθυμητών ιδιοτήτων. Στις μη υβριδικές αγώγιμες υδρογέλες το τελικό προϊόν είναι ένα δίκτυο υδρογέλης με ενισχυμένη μεταφορά φορτίων αγωγιμότητας μεταξύ των συζευγμένων αλυσίδων λόγω της απουσίας των μονωτικών πολυμερικών αλυσίδων από τη μήτρα. Ωστόσο, η χημεία που χρησιμοποιείται σήμερα δεν επιτρέπει τη ρύθμιση των ιδιοτήτων, όπως επιθυμητή διόγκωση ή τις επιθυμητές μηχανικές ιδιότητες αυτών των ικριωμάτων και δεν είναι εύκολα τροποποιήσιμη ώστε να φέρει εις πέρας τις ειδικές απαιτήσεις της μηχανικής ιστών. Ειδικότερα, η σταθερότητα των υδρογελών που κατασκευάζονται μέσω αυτο-οργάνωσης ή μέσω LMWG σε φυσιολογικές συνθήκες δεν έχει δοκιμαστεί ποτέ ξανά. Θα μπορούσε να υποτεθεί ότι η ιοντική ισχύς έχει επίδραση στις φυσικοχημικές ιδιότητες ενός τρισδιάστατου δικτύου και στη σύνθεση του.
Αυτή η νέα στρατηγική θα χρησιμοποιηθεί σε αυτή την εφεύρεση για τη σύνθεση νέων καινοτόμων ηλεκτραγώγιμων υδρογελών τύπου PEDOT:PSS που θα παρουσιάζουν ταυτόχρονα:
1) Καλές μηχανικές ιδιότητες
2) Ένυδρη δομή ώστε να μπορεί να προσροφήσει υψηλή περιεκτικότητα σε νερό
3) Ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα
4) Ιοντική αγωγιμότητα
καί άρα θα αποτελούν πολύ ελκυστικά υλικά για εφαρμογή στη βιοηλεκτρονική .
Ένα ιδανικό πρόδρομο υλικό για την σύνθεση αγώγιμης υδρογέλης είναι το συζυγιακό πολυμερές του τροποποιημένου παραγώγου του πολύ (πυρρολίου) με τις ακόλουθες ιδιότητες: α) διαλυτότητα στο νερό για την ενίσχυση της χωρητικότητας κατά την διόγκωση του πολυμερούς με τη χρήση πλευρικών ομάδων τριαιθυλενογλυκόλης, β) λειτουργικές (βίνυλο) ομάδες στις πλευρικές αλυσίδες που επιτρέπουν σύνδεση με σταυροδεσμούς (δίμεθακρυλίκό παράγωγο της τριαιθυλενογλυκόλης) για την εξάλειψη έκπλυσης του πολυμερούς έπειτα απο την διόγκωση σε pH 7,4 με σκοπό να αποφευχθεί η απώλεια των αλυσίδων του συζυγίακού πολυμερούς που ακολουθείται από υποβάθμιση στις ηλεκτρονικές ιδιότητες του υλικού, γ) ηλεκτρονίακή αγωγιμότητα λόγω της φύσης του συζυγίακού πολυμερούς σε φυσιολογικά ρυθμιστικά διαλύματα, και δ) ιοντική αγωγιμότητα και ένυδρη δομή λόγω της παρουσίας των ιόντων νατρίου και του πολύ(βίνυλοσουλφωνικού άλας νατρίου), αντίστοιχα.
Λεπτομερής Περιγραφή της εφεύρεσης
1. Σύνθεση υποκατεστημένων διβρωμο-μονομερών του πυρρολίου Η σύνθεση των μονομερών πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας κοινές αντιδράσεις οργανικής σύνθεσης πιο συγκεκριμένα, τα μονομερή Μ1 και M3 συντέθηκαν μέσω αντίδρασης αίθεροποίησης τύπου Williamson από το εμπορικά διαθέσιμο μονομερές 3-χλωρομέθυλο πυρρόλίο και την 3-βουτενόλη-1 για το Μ1 ή την τριαιθυλενογλυκόλη για το M3. Στη συνέχεια τα δίβρωμο υποκατεστημένα μονομερή M2 και Μ4 συντέθηκαν μέσω αντίδρασης βρωμίωσης των μονομερών Μ1 και M3 με τη χρήση είτε στοιχειακού βρωμίου ή του αντιδραστηρίου Νβρωμοσουκκινιμιδίου, όπως· φαίνεται στο Σχήμα (2). Για την πιστοποίηση της επιτυχούς σύνθεσης των προτεινόμενων μονομερών Μ1-Μ4 χρησιμοποιήθηκαν διάφορες φασματοσκοπικές τεχνικές που περιλαμβάνουν τη φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) πρωτονίου (<1>Η)- καιάνθρακα (<13>C), στοιχειακή ανάλυση, αέρια χρωματογραφία συνδυαζόμενη με φασματομετρία μαζών (GC-MS) και Fourier Transform Υπέρυθρη φασματοσκοπία (FT-IR).
2. Σύνθεση παραγωγών του πολύ(πυρρολίου)
Σε αυτό το στάδιο επιτεύχθηκε σύνθεση παραγώγων του πολύ (πυρρολίου) τροποποιημένων με πλευρικές αλυσίδες που φέρουν πολικές ομάδες τριαιθυλενογλυκόλης ώστε τα νεοσυντιθέμενα πολυμερή να είναι συμβατά με πολικούς διαλύτες, όπως τετραϋδροφουράνιο, μεθανόλη και νερό καθώς και πλευρικές αλυσίδες που φέρουν βίνυλο- ομάδες για να μπορούν στη συνέχεια τα παραγώμενα πολύ(πυρρόλια) να ενσωματωθούν σε πιο περίπλοκες πολυμερικές αρχιτεκτονικές με τη χρήση π.χ. του ριζικού πολυμερισμού, σύμφωνα με το Σχήμα (3). Τα παράγωγα του πολύ (πυρρολίου) συντέθηκαν μέσω της μεθόδου μετάθεσης Grignard (Grignard Metathesis Method) (GRIM) η οποία στηρίζεται στην κατεργασία των μονομερών M2 καί Μ4, τα οποία συνδυάστηκαν σε διαφορετικές αναλογίες (το Μ4 από 1% έως 10%), μ' ένα ισοδύναμο από ένα αλκυλο- ή βίνυλο- αντιδραστήριο Grignard που οδηγεί σε αντίδραση ανταλλαγής μαγνησίου - βρωμίου και στη συνέχεια προσθήκη του καταλύτη διχλωρο-1,3-δις(διφαίνυλοφωσφινο)προπάνιο νικέλιο (II) [Ni(dppp)CI2], (dppp=1,3-διφαινυλοφωσφινοπροπάνιο). Η αναλογία μεταξύ των δυο μονομερών εξετάσθηκε για να μελετηθεί στο επόμενο στάδιο ποια είναι η βέλτιστη πυκνότητα πλευρικών αλυσίδων που φέρουν διπλούς δεσμούς για την ενσωμάτωση των παραγώγων του πολύ(πυρρολίου) σε πιο περίπλοκες πολυμερίκές αρχιτεκτονικές. Για την πιστοποίηση της επιτυχούς σύνθεσης των προτεινόμενων πολυμερών χρησιμοποιήθηκαν διάφορες φασματοσκοπικές τεχνικές που περιλαμβάνουν τη φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) πρωτονίου (<1>Η)- και άνθρακα (<13>C), χρωματογραφία αποκλεισμού μεγεθών (SEC), φασματοσκοπία RAMAN και φασματομετρία απορρόφησης στο υπεριώδες ορατό (UV-Vis).
3. Σύνθεση παραγωγων του πολυ(πυρρολίου) :πολυ(βίνυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου) και Υδρογελών
Τα τροποποιημένα με πολικές ομάδες τριαιθυλενογλυκόλης και βίνυλο- ομάδες παράγωγα του πολύ(πυρρολίου) που συντέθηκαν χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια για τη σύνθεση πιο περίπλοκων πολυμερικών αρχιτεκτονικών και των ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών σύμφωνα με το Σχήματα (4) και (5). Πιο συγκεκριμένα, τα τροποποιημένα παράγωγα του πολύ(πυρρολίου) συμπολυμερίστηκαν με το πολυ(βίνυλοσουλφωνικο άλας νατρίου), μέσω αντιδράσεων ελευθέρων ριζών (Σχήμα 4) με τη χρήση αζωισοβουτυλονατρίου (ΑΙΒΝ) ή βενζόϋλο υπεροξείδίου (ΒΡΟ) ως εκκινητές πολυμερισμού, ώστε να προκύψουν χημίκώς ενωμένα συμπολυμερή του πολύ (πυρρολίου) καί του πολυ(βίνυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου) που έχουν παρόμοια δομή με το εμπορικά διαθέσιμο PEDOT:PSS που αποτελείται από αλυσίδες πολύ (αιθυλενοδίοξυθείοφαινίου) και πολύ (στυρυλοσουλφωνικού) που είναι ενωμένες μεταξύ τους με ηλεκτροστατικής φύσης δευτεροταγής δεσμούς (Σχήμα 1). Στη συνέχεια βρίσκοντας τις βέλτιστες συνθήκες συμπολυμερισμού του πολύ (πυρρολίου) και του πολύ(βίνυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου), προχωρήσαμε στη σύνθεση των υδρογελών χρησιμοποιώντας ταυτόχρονα τα τροποποιημένα παράγωγα του πολύ(πυρρολίου), πολύ (βίνυλοσουλφωνικό άλας νατρίου) και το μέσο δικτύωσης που είναι το διμεθακρυλικό παράγωγο της τριαιθυλενογλυκόλης μέσω αντιδράσεων ελευθέρων ριζών (Σχήμα 5) με τη χρήση του ΑΙΒΝ ή του ΒΡΟ ως εκκινητών. Οι σχηματιζόμενες υδρογέλες εμφανίζουν ταυτόχρονα ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα λόγω του πολύ(πυρρολίου), ιοντική αγωγιμότητα λόγω των αντισταθμιστικών φορτίων νατρίου από το πολυ(βίνυλοσουλφωνικό άλας νατρίου) και επίσης μηχανική σταθερότητα και αντοχή λόγω των σχηματιζόμενων σταυροδεσμών (Σχήμα 5). Συνοπτικά η σύσταση της ηλεκτροαγώγιμης υδρογέλης μπορεί να ποικίλει όταν το αγώγιμο μέρος (σύσταση συζυγιακού πολυμερούς) είναιαπό 1 έως 99% ή όταν το μη αγώγιμο-υδατοδιαλυτό μέρος (σύσταση υδατοδιαλυτού πολυμερούς) είναι από 1 έως 99%. Για την πιστοποίηση της επιτυχούς σύνθεσης των προτεινόμενων πολυμερών χρησιμοποιήθηκαν διάφορες φασματοσκοπικές τεχνικές που περιλαμβάνουν τη φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) πρωτονίου (<1>Η)- και άνθρακα (<13>C), χρωματογραφία αποκλεισμού μεγεθών (SEC), φασματοσκοπία RAMAN και φασματομετρία απορρόφησης στο υπεριώδες ορατό (UV-Vis), αφού οι ηλεκτροαγώγιμες υδρογέλες καί τα πρόδρομα συζυγιακά πολυμερή τους μπορούν να εναποτεθούν σε λεπτά υμένία είτε με screen printing, drop casting, dr blade, spin coating ή spraying.
4. Χαρακτηρισμός Ιδιοτήτων Νέων Ηλεκτροαγώγιμων Υδρογελών Έμφαση δόθηκε στον χαρακτηρισμό των υλικών που προήλθαν κατά το στάδιο της σύνθεσης και πιο συγκεκριμένα στο προσδιορισμό των θερμικών, οπτικών και ηλεκτροχημικών ιδιοτήτων καθώς επίσης και μετρήσεων ηλεκτρονιακής και ιοντικής αγωγιμότητας. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μορφολογίκός χαρακτηρισμός.
Χαρακτηρισμός Θερμικών, Μηχανικών και Οπτικών Ιδιοτήτων
. Oι θερμικές ιδιότητες των πολυμερών εξετάσθηκαν μέσω θερμιδομετρίας διαφορικής σάρωσης (DSC) και μέσω θερμοβαρυτικής αναλύσης (TGA). Οι μελέτες αυτές παρέχουν αρχικές πληροφορίες σχετικά με την κρυσταλλικότητα, το σημείο τήξεως, την θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης και της θερμοκρασίας αποδόμησης των συντιθέμενων πολυμερών
. Τα φάσματα απορρόφησης και εκπομπής των πολυμερών τόσο σε διάλυμα όσο και σε στερεά κατάσταση καταγράφηκαν με τη χρήση της φασματομετρίας απορρόφησης στο υπεριώδες ορατό (UV-Vis) και φωτοφωταύγειας. Με βάση αυτά τα αποτελέσματα, προσδιορίστηκαν τα μέγιστα απορρόφησης και το οπτικό ενεργειακό χάσμα των πολυμερών καθώς και τα μήκη κύματος που εκπέμπουν.
Ηλεκτροχημικός Χαρακτηρισμός και Μετρήσεις Αγωγιμότητας
. Ο χαρακτηρισμός των ηλεκτροχημικών ιδιοτήτων των πολυμερών και πιο συγκεκριμένα του υψηλότερου κατηλλειμένου μοριακού τροχιακού (HOMO) και χαμηλότερου μη κατείλλημένου μοριακού τροχιακού (LUMO) θα πραγματοποιηθεί μέσω της κυκλικής βολταμετρίας.
· Το έργο εξαγωγής των πολυμερών προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας την τεχνική ανιχνευτή Kelvin probe.
. Ο υπολογισμός της ιοντικής αγωγιμότητα των λεπτών υμενίων επιτεύχθηκε μέσω πειραμάτων (φασματοσκοπίας) εμπέδησης χρησιμοποιώντας μίκρο-ηλεκτρόδία και ηλεκτροχημικές μονάδες ελέγχου, όπου η καθέμία αποτελείταί από ψηφιακό ποτενσιοστάτη / γαλβανοστάτη με αναλυτή αντίστασης. Αντίθετα, η ηλεκτρονίακή αγωγιμότητα υπολογίστηκε μέσω της τεχνικής four probe με μετρήσεις σε λεπτά υμένια.
Μορφολογικός Χαρακτηρισμός
. Για το χαρακτηρισμό του πορώδους του υλικού, π.χ. μέγεθος και κατανομή πόρων στο εσωτερικό του υλικού, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις πορωσίμότητας.
. Πραγματοποιήθηκαν μελέτες μορφολογίας της επιφάνειας με υψηλής ανάλυσης ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Πιο συγκεκριμένα, λόγω της συνύπαρξης υδροφιλικότητας [λόγω του πολύ(βινυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου) τμήματος αλλά και των πλευρικών ομάδων τριαιθυλενογλυκόλης στο πολυ(πυρρόλιο)] και υδροφοβικότητας [λόγω της αλυσίδας του πολυ(πυρρολίου)], προέκυψαν πολύ ενδιαφέρουσες, ίσως και μοναδικές, μορφολογίες σε στερεή κατάσταση. Στη συνέχεια, έγινε προσπάθεια να συσχετίσουμε τις μορφολογίες αυτές που προέκυψαν με τα αποτελέσματα τόσο της ιοντικής όσο και της ηλεκτρονιακής αγωγιμότητας για να διαπιστώσουμε αν υπάρχει αλληλεξάρτηση μεταξύ αυτών.
Σύντομη Περιγραφή Αριθμημένων Σχεδίων:
Σχήμα 1: Χημική δομή του PEDOT:PSS
[πολύ(αιθυλενοδίοξυθειοφαίνιο) :πολύ(στυρυλοσουλφωνικό οξύ)].
Σχήμα 2: Χημική αντίδραση σύνθεσης υποκατεστημένων διβρωμο-μονομερών του πυρρολίου.
Σχήμα 3: Χημική αντίδραση σύνθεσης παραγωγών του πολύ (πυρρολίου).
Σχήμα 4: Χημική αντίδραση σύνθεσης παραγωγών του του πολύ(πυρρολίου) :πολυ(βίνυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου). Σχήμα 5: Χημική αντίδραση σύνθεσης Υδρογελών.
Claims (8)
- ΑΞΙΩΣΕΙΣ 1. Τα προϊόντα σύνθεσης συζυγιακών συμπολυμερών που βασίζονται σε βασίζονται σε συμπολυμερή πολύ(πυρρολίου) και πολύ(βίνυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου) και φέρουν πλευρικές ομάδες τριαιθυλενογλυκόλης καθώς και πλευρικές αλυσίδες που φέρουν βίνυλο- ομάδες μέσω αντιδράσεων ελευθέρων ριζών με τη χρήση ΑΙΒΝ ή ΒΡΟ ως εκκινητές πολυμερισμού, δίνοντας χημικώς ενωμένα συμπολυμερή του πολύ(πυρρολίου) και του πολυ(βίνυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου) όπως παρουσιάζεται στο παρακάτω χημικό τύπο:
- 2. Τα προϊόντα σύνθεσης ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών που βασίζονται σε συμπολυμερή πολύ(πυρρολίου)καιπολύ(βίνυλοσουλφωνίκού άλατος νατρίου) και φέρουν πλευρικές ομάδες τριαιθυλενογλυκόλης και βίνυλομάδες σύμφωνα με την αξίωση (1), διασταυρωμένες με το διμεθακρυλικό παράγωγο της τριαιθυλενογλυκόλης μέσω αντιδράσεων ελευθέρων ριζών με τη χρήση χρήση του αζωισοβουτυλονατρίου (ΑΙΒΝ) ή του βενζόϋλο υπεροξειδίου (ΒΡΟ) ως εκκινητών πολυμερισμού.
- 3. Η μέθοδος σύνθεσης συζυγιακών πολυμερών και ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών που αναφέρονται αντίστοιχα στις αξιώσεις (1) καί (2) , στην οποία αποτελούνται: η μέθοδος μετάθεσης Grignard με καταλύτη δίχλωρο-1,3-δις(διφαινυλοφώσφινο)προπάνιο νικέλιο (II) [Ni(dppp)CI2] και οι αντιδράσεις ελευθέρων ριζών με τη χρήση αζωισοβουτυλονατρίου (ΑΙΒΝ) ή βενζόϋλο υπεροξειδίου (ΒΡΟ) ως εκκίνητές πολυμερισμού.
- 4. Η μέθοδος παρασκευής της μεμβράνης λεπτού υμενίου:(α) η εναπόθεση λεπτού υμενίου από τα συζυγιακά πολυμερή και τις ηλεκτροαγώγιμες υδρογέλες που αναφέρονταί στις αξιώσεις (1) καί (2), είτε με screen printing, drop casting, dr blade, spin coating ή spraying, και (β) η διαδικασία ξήρανσης του υμενίου του πολυμερούς που εναποτέθηκε και αναφέρεται στο (α).
- 5. Η όποια διάταξη οπτοηλεκτρονικής συσκευής (διατάξεις οργανικών τρανζίστορ, οργανικών φωτοβολταϊκών) η οποία αποτελείται από μια ή περισσότερες επιφάνειες λεπτών υμενίων των συζυγιακών πολυμερών που αξιώνονται στο (1), η οποία αποτελεί την ενεργή επιφάνεια.
- 6. Η όποια διάταξη βιοηλεκτρονικής συσκευής η οποία αποτελείται από μία ή περισσότερες επιφάνειες λεπτών υμενίων των ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών που αξιώνονται στο (2), η οποία αποτελεί την ενεργή επιφάνεια.
- 7. Η σύσταση της ηλεκτροαγώγίμης υδρογέλης συμπολυμερούς πολύ(πυρρολίου) καιπολύ(βίνυλοσουλφωνίκού άλατος νατρίου) που φέρει πλευρικές ομάδες τριαιθυλενογλυκόλης και βινυλομάδες, διασταυρωμένες με το διμεθακρυλικό παράγωγο της τριαιθυλενογλυκόλης σύμφωνα με την αξίωση (2), όταν το αγώγιμο μέρος [πολύ(πυρρόλιο)] είναι από 1 έως 99%.
- 8. Η σύσταση της ηλεκτροαγώγιμης υδρογέλης συμπολυμερούς πολύ(πυρρολίου) και πολύ(βίνυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου) που φέρει πλευρικές ομάδες τριαιθυλενογλυκόλης και βίνυλομάδες, διασταυρωμένες με το διμεθακρυλικό παράγωγο της τριαιθυλενογλυκόλης σύμφωνα με την αξίωση (2), όταν το μη αγώγιμο-υδατοδιαλυτό μέρος [πολυ(βίνυλοσουλφωνικό άλας νατρίου)] είναι από 1 έως 99%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20170100165A GR1009866B (el) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Ηλεκτροαγωγιμες υδρογελες βασιζομενες σε συμπολυμερη πολυ(πυρρολιου)-πολυ(βινυλοσουλφωνικου αλατος νατριου) για βιοηλεκτρονικες εφαρμογες |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20170100165A GR1009866B (el) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Ηλεκτροαγωγιμες υδρογελες βασιζομενες σε συμπολυμερη πολυ(πυρρολιου)-πολυ(βινυλοσουλφωνικου αλατος νατριου) για βιοηλεκτρονικες εφαρμογες |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| GR20170100165A GR20170100165A (el) | 2019-01-25 |
| GR1009866B true GR1009866B (el) | 2020-11-12 |
Family
ID=60473559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| GR20170100165A GR1009866B (el) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Ηλεκτροαγωγιμες υδρογελες βασιζομενες σε συμπολυμερη πολυ(πυρρολιου)-πολυ(βινυλοσουλφωνικου αλατος νατριου) για βιοηλεκτρονικες εφαρμογες |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| GR (1) | GR1009866B (el) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120100217A1 (en) * | 2010-10-22 | 2012-04-26 | Newsouth Innovations Pty Limited | Polymeric material |
| JP2014133787A (ja) * | 2013-01-08 | 2014-07-24 | Institute Of Physical & Chemical Research | 導電性ゲルおよび導電性ゲルの製造方法 |
| WO2014121378A1 (en) * | 2013-02-05 | 2014-08-14 | University Health Network | Conductive biomaterial for enhancement of conduction in vitro and in vivo |
-
2017
- 2017-04-07 GR GR20170100165A patent/GR1009866B/el active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120100217A1 (en) * | 2010-10-22 | 2012-04-26 | Newsouth Innovations Pty Limited | Polymeric material |
| JP2014133787A (ja) * | 2013-01-08 | 2014-07-24 | Institute Of Physical & Chemical Research | 導電性ゲルおよび導電性ゲルの製造方法 |
| WO2014121378A1 (en) * | 2013-02-05 | 2014-08-14 | University Health Network | Conductive biomaterial for enhancement of conduction in vitro and in vivo |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DATABASE CA [online] CHEMICAL ABSTRACTS SERVICE, COLUMBUS, OHIO, US; 18 September 1993 (1993-09-18), KUBOTA, TADAHIKO: "Manufacture of electrically conductive polymer", XP002778417, retrieved from STN * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GR20170100165A (el) | 2019-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pyarasani et al. | Polyaniline-based conducting hydrogels | |
| Mawad et al. | Conductive polymer hydrogels | |
| Moser et al. | Ethylene glycol-based side chain length engineering in polythiophenes and its impact on organic electrochemical transistor performance | |
| Gleason | Nanoscale control by chemically vapour-deposited polymers | |
| Lamontagne et al. | Nitroxide-mediated polymerization: a versatile tool for the engineering of next generation materials | |
| Peng et al. | Antifreeze and moisturizing high conductivity PEDOT/PVA hydrogels for wearable motion sensor | |
| Bhat et al. | Recent advances in structural modifications of hyperbranched polymers and their applications | |
| Mawad et al. | Electroconductive hydrogel based on functional poly (ethylenedioxy thiophene) | |
| Ulutürk et al. | Electroconductive 3D polymeric network production by using polyaniline/chitosan-based hydrogel | |
| Bhat et al. | PEDOT and PEDOT: PSS conducting polymeric hydrogels: A report on their emerging applications | |
| Chakraborty et al. | Synthesis and optical properties of a rod− coil diblock copolymer with polyoxometalate clusters covalently attached to the coil block | |
| US10407537B2 (en) | Integrated zwitterionic conjugated polymers for bioelectronics, biosensing, regenerative medicine, and energy applications | |
| Jaymand et al. | Development of novel electrically conductive scaffold based on hyperbranched polyester and polythiophene for tissue engineering applications | |
| Arsalani et al. | Synthesis of polyhedral oligomeric silsesquioxane nano‐crosslinked poly (ethylene glycol)‐based hybrid hydrogels for drug delivery and antibacterial activity | |
| Pal et al. | Mechanically robust, photopatternable conductive hydrogel composites | |
| Fares et al. | Stimuli pH‐responsive (N‐vinyl imidazole‐co‐acryloylmorpholine) Hydrogels; Mesoporous and Nanoporous Scaffolds | |
| Mao et al. | Conductive polymer waving in liquid nitrogen | |
| Istif et al. | Thiophene-based aldehyde derivatives for functionalizable and adhesive semiconducting polymers | |
| Imae et al. | Self-doped conducting polymers in biomedical engineering: Synthesis, characterization, current applications and perspectives | |
| US10512690B2 (en) | Composite polydots and applications thereof | |
| Massoumi et al. | Novel nanostructured star-shaped polythiophene, and its electrospun nanofibers with gelatin | |
| Conejo-Dávila et al. | Selective polymerization of a new bifunctional monomer via free radical polymerization and oxidative route | |
| Sinirlioglu et al. | Investigation of proton conductivity of PVDF based anhydrous proton exchange membranes (PEMs) obtained via a facile “Grafting Through” strategy | |
| Nosov et al. | Mechanically Robust Poly (Ionic Liquid) Block Copolymers as Self-Assembling Gating Materials for Single-Walled Carbon-Nanotube-Based Thin-Film Transistors | |
| GR1009866B (el) | Ηλεκτροαγωγιμες υδρογελες βασιζομενες σε συμπολυμερη πολυ(πυρρολιου)-πολυ(βινυλοσουλφωνικου αλατος νατριου) για βιοηλεκτρονικες εφαρμογες |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PG | Patent granted |
Effective date: 20201215 |