GR20170100163A - Electroconductive hydrogels based on poly(ethylenedioxythiophene)-poly(sodium styrene sulfonate) copolymers for bioelectronic applications - Google Patents

Electroconductive hydrogels based on poly(ethylenedioxythiophene)-poly(sodium styrene sulfonate) copolymers for bioelectronic applications Download PDF

Info

Publication number
GR20170100163A
GR20170100163A GR20170100163A GR20170100163A GR20170100163A GR 20170100163 A GR20170100163 A GR 20170100163A GR 20170100163 A GR20170100163 A GR 20170100163A GR 20170100163 A GR20170100163 A GR 20170100163A GR 20170100163 A GR20170100163 A GR 20170100163A
Authority
GR
Greece
Prior art keywords
poly
ethylenedioxythiophene
electroconductive
sodium
triethylene glycol
Prior art date
Application number
GR20170100163A
Other languages
Greek (el)
Inventor
Βασιλειος Γρηγοριου
Μιχαηλ Σπανος
Χρηστος Χωχος
Original Assignee
Εθνικο Ιδρυμα Ερευνων
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Εθνικο Ιδρυμα Ερευνων filed Critical Εθνικο Ιδρυμα Ερευνων
Priority to GR20170100163A priority Critical patent/GR20170100163A/en
Publication of GR20170100163A publication Critical patent/GR20170100163A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123Macromolecular 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
    • C08G61/126Macromolecular 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 sulfur atom in the ring
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING 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
    • C09D165/00Coating 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/124Intrinsically conductive polymers
    • H01B1/127Intrinsically conductive polymers comprising five-membered aromatic rings in the main chain, e.g. polypyrroles, polythiophenes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10Definition of the polymer structure
    • C08G2261/12Copolymers
    • C08G2261/128Copolymers graft
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10Definition of the polymer structure
    • C08G2261/13Morphological aspects
    • C08G2261/135Cross-linked structures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14Side-groups
    • C08G2261/142Side-chains containing oxygen
    • C08G2261/1424Side-chains containing oxygen containing ether groups, including alkoxy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/322Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed
    • C08G2261/3223Monomer 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 sulfur atoms as the only heteroatom, e.g. thiophene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/50Physical properties
    • C08G2261/51Charge transport
    • C08G2261/512Hole transport
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/50Physical properties
    • C08G2261/51Charge transport
    • C08G2261/516Charge transport ion-conductive
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/70Post-treatment
    • C08G2261/76Post-treatment crosslinking

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

The invention relates to the composition process of new electro-conductive hydrogels based on the poly (ethylenodioxythiophene) and poly (styrene sulfonic acid) polymer conjugate; it is, also, described and claimed herein the use and application of said hydogels in optoelectric-bioelectronic arrangements.

Description

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ DESCRIPTION

ΗΛΕΚΤΡΟΑΓΩΓΙΜΕΣ ΥΔΡΟΓΕΛΕΣ ΒΑΣΙΖΟΜΕΝΕΣ ΣΕ ΣΥΜΠΟΛΥΜΕΡΗ ELECTRICALLY CONDUCTIVE HYDROGELS BASED ON COPOLYMERS

ΠΟΛΥ (ΑΙΘΥΛΕΝΟΔΙΟΞΥΘΕΙΟΦΑΙΝΙΟΥ)- ΠΟΛΥ(ΣΤΥΡΥΛΟΣΟΥΛΦΩΝΙΚΟΥ HIGH (ETHYLENE DIOXYTHIOPHENE)- HIGH (STYRYLSULFONATE

ΝΑΤΡΙΟΥ)ΓΙΑ ΒΙΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ SODIUM) FOR BIOELECTRONIC APPLICATIONS

Θέμα της εφεύρεσης Subject of the invention

Η παρούσα εφεύρεση αναφέρεται στην ανάπτυξη νέων ηλεκτροαγώγι,μων υδρογελών για βίοηλεκτρονίκές εφαρμογές. Τα συγκεκριμένα υλικά συνδυάζουν ταυτόχρονα καλές μηχανικές ιδιότητες λόγω της ύπαρξης μίας 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 συζυγίακών πολυμερών. Μέχρι τώρα το πιο διαδεδομένο οργανικό υλικό (συζυγίακό πολυμερές) που χρησιμοποιείται για την σύνθεση ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών είναι το PEDOT:PSS [πολύ (αιθυλενοδιοξυθείοφαίνιο):πολυ(στυρυλοσουλφωνLKO οξύ)], που είναι γνωστό με την εμπορική ονομασία Baytron. Τα μεγαλύτερα όμως μειονεκτήματα για το PEDOT:PSS στη βίοηλεκτρονική είναι η χαμηλή ιοντική αγωγιμότητα και η κακή μηχανική αντοχή του. Η σύνθεση λοιπόν ηλεκτροαγώγίμης υδρογέλης ενός συστατικού (single component) με την χημική ενσωμάτωση των συζυγιακών πολυμερών που θα φέρουν και ιόντα ώστε να προσδώσουν την απαιτούμενη ιοντική αγωγιμότητα σε ένα προκατασκευασμένο τρισδιάστατο (3D) δίκτυο υδρογέλης αποτελεί το ερευνητικό αντικείμενο της παρούσας εφεύρεσης . The present invention refers to the development of new electroconductive hydrogels for bioelectronic applications. The specific materials simultaneously combine good mechanical properties due to the existence of a hydrated (high water content) three-dimensional (3D) structure (porous material consisting of a network of cross-links) with the simultaneous appearance of electronic conductivity (due to the presence of conjugated polymers) and ionic conductivity by adding ions to the chain ends of conjugated polymers. Until now the most widespread organic material (conjugated polymer) used for the synthesis of electroconductive hydrogels is PEDOT:PSS [poly(ethylenedioxythiophene):poly(styrylsulfoneLKO acid)], known under the trade name Baytron. But the biggest disadvantages for PEDOT:PSS in bioelectronics are its low ionic conductivity and poor mechanical strength. Therefore, the synthesis of electroconductive hydrogel of a single component (single component) with the chemical integration of conjugated polymers that will also carry ions to give the required ionic conductivity to a prefabricated three-dimensional (3D) hydrogel network is the research object of the present invention.

Υπόβαθρο της εφεύρεσης Background of the invention

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 συζυγίακών 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. Οι ηλεκτροαγώγιμες υδρογέλες προσελκύουν μεγάλο ενδιαφέρον στον τομέα των βιοϋλικών και παρουσιάζουν ένα ευρύ φάσμα βιοϊατρικών 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 διεπαφανίακά 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 επιφανείας και μικρότερο μήκος διάχυσης, και η υψηλή περιεκτικότητα σε νερό που παρουσιάζεται από την υδρογέλη ενισχύει την βιοσυμβατότητα. Οι ηλεκτροαγώγιμες υδρογέλες μπορούν να χρησιμεύσουν επίσης ως συστήματα απόκρισης κατά την χορήγηση φαρμάκων που υπόκεινταί σε χημικές ή φυσικές μεταβολές κάτω από εφαρμοζόμενα ηλεκτρικά πεδία. Με την αλλαγή της οξειδοαναγωγικής 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 είσαχθούν κατά την διάρκεια του πολυμερισμού. Κατιοντικώς φορτισμένα φάρμακα επίσης θα μπορούσαν να είσαχθούν σε δίκτυα συζυγίακών πολυμερών. Αυτό θα μπορούσε να επιτευχθεί με ηλεκτροστατικές KaL υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις μεταξύ του φαρμάκου, της κύριας αλυσίδας του πολυμερούς και του ανιονικού αντισταθμιστικού ιόντος. Εναλλακτικά, το κατιοντικά φορτισμένο φάρμακο μπορεί να είσαχθει μετά την σύνθεση και μετά από αναγωγή του συζυγιακού πολυμερίκού 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. Electrically conductive hydrogels are a class of materials that has begun to develop rapidly in recent years due to their unique properties, combining good mechanical properties with the simultaneous appearance of electronic conductivity due to the presence of conjugated polymers. Such materials have not been developed to date, but are considered ideal materials for application in the rapidly developing scientific field of bioelectronics that effectively connects biology with the field of conventional electronics. Electroconductive hydrogels attract great interest in the field of biomaterials and present a wide range of biomedical applications such as biosensors, drug delivery and tissue engineering. More specifically, electroconductive hydrogels have attracted special attention as interfacial materials in electrochemical biosensors as they combine a similar electro-response to that of conjugated polymers while maintaining the ability of the hydrogel to retain bioactive molecules. Conjugated polymers facilitate electron transport across interfaces as the porous structure provides a large surface area and shorter diffusion length, and the high water content presented by the hydrogel enhances biocompatibility. Electroconductive hydrogels can also serve as drug delivery response systems that undergo chemical or physical changes under applied electric fields. By changing the redox state of the conjugated polymer, the charge of the polymer main chain can be changed, as well as the bulk of the scaffold. This could result in medication being administered in a controlled manner. Anionically charged drugs could be easily incorporated into the conjugated polymers during synthesis. After the polymerization process, the conjugated polymers are in oxidized form and the main macromolecular chain is positively charged. These positive charges are balanced by anions to maintain electro-neutrality. Thus, negatively charged drugs can serve as counterions and could be introduced during polymerization. Cationally charged drugs could also be introduced into conjugated polymer networks. This could be achieved by electrostatic KaL hydrophobic interactions between the drug, the polymer backbone and the anionic counterion. Alternatively, the cationically charged drug can be introduced after synthesis and after reduction of the conjugated polymeric network. However, the application of electroconductive hydrogels in drug transport systems is limited so far by the low loading efficiency, which could also be achieved by the passive diffusion of the small compensating ions from the network.

Μία πολύ σημαντική εφαρμογή των ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών είναι η μηχανική των ιστών. Αυτά τα συστήματα είναι ιδανικοί υποψήφιοί με σκοπό τη χρήση τους ως ένα τρισδιάστατο δίκτυο για κυτταρικά υλικά ενοφθαλμισμού (cell seeding) καL 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 καί νεύρα. Οι ηλεκτροαγώγιμες υδρογέλες έχουν δείξει ελπιδοφόρα αποτελέσματα στην αναγεννητίκή 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 ηλεκτρονιακών τους ιδιοτήτων μετά από επώαση σε φυσιολογικές συνθήκες λόγω της απώλειας προσμίξεων. Μέχρι σήμερα η σύνθεση ή ο σχηματισμός ηλεκτρικοαγώγιμων υδρογελών τα οποία βασίζονται στα συζυγιακά πολυμερή έχει αποδείχθεί ιδιαίτερης δυσκολίας. Ένα τρισδιάστατο δίκτυο από υδρογέλες αποτελείται από υδρόφιλα πολυμερή δίασυνδεδεμένα με σταυροδεσμούς, με υψηλή περιεκτικότητα σε νερό, ενώ παράλληλα παρουσιάζει ελαστική συμπεριφορά, και έχει πορώδης εσωτερικές δομές. Αντίθετα, τα συζυγίακά 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. A very important application of electrically conductive hydrogels is tissue engineering. These systems are ideal candidates for use as a 3D network for cell seeding and cell regeneration. In this system, the hydrogel provides the required hydrated environment, the desired porosity for nutrient exchange, and the mechanical integrity for cell support and proper adhesion. On the other hand, the conjugated polymer component provides the required electronic conductivity in electroresponsive tissues such as heart, brain, muscles and nerves. Electroconductive hydrogels have shown promising results in regenerative medicine and as highlighted in the literature, many of the developed electroconductive hydrogels promote cell adhesion and cell proliferation. However, their long-term use remains limited due to the degradation of their electronic properties after incubation in physiological conditions due to the loss of impurities. To date, the synthesis or formation of electrically conductive hydrogels based on conjugated polymers has proven to be particularly difficult. A three-dimensional network of hydrogels consists of cross-linked hydrophilic polymers with a high water content, while exhibiting elastic behavior, and porous internal structures. In contrast, conjugated polymers exhibit: a) high rigidity due to their inherently rigid main chain, which contains conjugation of double bonds, b) quite hydrophobic nature due to aromatic rings in the main chain, and c) undesirable cross-links caused by π- π overlapping of the chains.

Ως εκ τούτου, αρχικά παρουσιάζεται αδύνατον αυτά τα πολυμερή να κριθούν κατάλληλα πρόδρομα υλικά για την σύνθεση των αγώγιμων υδρογελών. Δύο είναι οι κυριότερες μεθοδολογίες που διερευνώνται για την ανάπτυξη των αγώγιμων υδρογελών. Η πρώτη είναι να αναπτυχθεί το συζυγίακό πολυμερές από μια προπαρασκευασμένη υδρογέλη - αυτή η οδός αναφέρεταί συχνά ως ανάπτυξη υβριδικών 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) εισάγοντας υδατοδίαλυτές ομάδες με σταυροδεσμούς στον σκελετό του πολυμερούς, γ) ξήρανση με ψύξη (freeze drying) διαλυμάτων του συζυγιακού πολυμερούς, ή δ) χρησιμοποιώντας ένα πηκτωματοπο ιητή χαμηλού μοριακού βάρους (low molecular weight gelator, LMWG). Therefore, it initially appears impossible to consider these polymers as suitable precursor materials for the synthesis of conductive hydrogels. There are two main methodologies being investigated for the development of conductive hydrogels. The first is to grow the conjugated polymer from a preformed hydrogel—this route is often referred to as growing hybrid systems. The second is the use of the conjugated polymer as the sole polymeric component (continuous phase) in the hydrogel network, this can be achieved: a) by self-organization of the polymer, b) by introducing water-soluble cross-linked groups into the polymer backbone, c) drying by freezing (freeze drying) solutions of the conjugated polymer, or d) using a low molecular weight gelator (LMWG).

Τα συστήματα απο υβριδικές υδρογέλες αποτελούνται από αλυσίδες συζυγιακών πολυμερών που είναι φυσικώς ή ιοντίκώς εγκλωβισμένες εντός της συμβατικής μήτρας της υδρογέλης με τέτοιο τρόπο ώστε να περιορίζεται η λείτουργικότητά 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 και προκαλεί πτώση στην ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα. Οι 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 τροποποίήσίμη 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. Hybrid hydrogel systems consist of conjugated polymer chains that are physically or ionically entrapped within the conventional hydrogel matrix in such a way as to limit their functionality under physiological conditions. As the hydrogel swells at physiological pH, the naturally entrapped conjugated polymer chains escape, a process that triggers some increase in toxicity and causes a drop in electronic conductivity. The ionically bound chains are neutralized at pH = 7.4 and eventually escape from the 3D network, leading to the degradation of the desired properties. In non-hybrid conductive hydrogels the final product is a hydrogel network with enhanced conductive charge transfer between the conjugated chains due to the absence of the insulating polymer chains from the matrix. However, the chemistry currently used does not allow for the tuning of properties such as desired swelling or the desired mechanical properties of these scaffolds and is not easily modifiable to meet the specific requirements of tissue engineering. In particular, the stability of hydrogels made via self-assembly or via LMWG under physiological conditions has never been tested before. It could be hypothesized that ionic strength has an effect on the physicochemical properties of a three-dimensional network and its composition.

Αυτή η νέα στρατηγική θα χρησιμοποιηθεί σε αυτή την εφεύρεση για τη σύνθεση νέων καινοτόμων ηλεκτραγώγιμων υδρογελών τύπου PEDOT:PSS που θα παρουσιάζουν ταυτόχρονα: This new strategy will be used in this invention to synthesize new novel electroconductive PEDOT:PSS-type hydrogels that will simultaneously exhibit:

1) Καλές μηχανικές ιδιότητες 1) Good mechanical properties

2) Ένυδρη δομή ώστε να μπορεί να προσροφήσε ι υψηλή περιεκτικότητα σε νερό 2) Hydrated structure so that it can adsorb high water content

3) Ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα 3) Electronic conductivity

4) Ιοντική αγωγιμότητα 4) Ionic conductivity

και άρα θα αποτελούν πολύ ελκυστικά υλικά για εφαρμογή στη βιοηλεκτρονική . and thus they will be very attractive materials for application in bioelectronics.

Ένα ιδανικό πρόδρομο υλικό για την σύνθεση αγώγιμης υδρογέλης είναι το συζυγιακό πολυμερές του τροποποιημένου παραγώγου του πολύ (αίθυλενοδιοξυθείοφαινίου) με τις ακόλουθες ιδιότητες: α) διαλυτότητα στο νερό για την ενίσχυση της χωρητικότητας κατα την διόγκωση του πολυμερούς με τη χρήση πλευρικών ομάδων τρ ίαίθυλενογλυκόλης, β) λειτουργικές (βίνυλο) ομάδες στις πλευρικές αλυσίδες που επιτρέπουν σύνδεση με σταυροδεσμούς (διμεθακρυλικό παράγωγο της τρίαίθυλενογλυκόλης) για την εξάλειψη έκπλυσης του πολυμερούς έπειτα απο την διόγκωση σε pH 7,4 με σκοπό να αποφευχθεί η απώλεια των αλυσίδων του συζυγιακού πολυμερούς που ακολουθείται από υποβάθμιση στις ηλεκτρονικές ιδιότητες του υλικού, γ) ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα λόγω της φύσης του συζυγιακού πολυμερούς σε φυσιολογικά ρυθμιστικά διαλύματα, και δ) ιοντική αγωγιμότητα και ένυδρη δομή λόγω της παρουσίας των ιόντων νατρίου και του πολύ(στυρυλοσουλφωνίκού νατρίου), αντίστοιχα. An ideal precursor material for the synthesis of conductive hydrogel is the conjugated polymer of the modified poly(ethylenedioxythiophene) derivative with the following properties: a) water solubility to enhance the swelling capacity of the polymer using triethylene glycol side groups, b ) functional (vinyl) groups on the side chains that allow cross-linking (triethylene glycol dimethacrylate) to eliminate leaching of the polymer after swelling at pH 7.4 in order to avoid the loss of conjugated polymer chains followed by degradation in the electronic properties of the material, c) electronic conductivity due to the nature of the conjugated polymer in physiological buffers, and d) ionic conductivity and hydrate structure due to the presence of sodium ions and poly(sodium styryl sulfonate), respectively.

Λεπτομερής Περιγραφή της εφεύρεσης Detailed Description of the Invention

1. Σύνθεση υποκατεστημένων διβρωμο-μονομερών του αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου 1. Synthesis of Substituted Dibromo-Monomers of Ethylenedioxythiophene

Η σύνθεση των μονομερών πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας κοινές αντιδράσεις οργανικής σύνθεσης. Πιο συγκεκριμένα, τα μονομερή ΜΙ καί M3 συντέθηκαν μέσω αντίδρασης αιθεροποίησης τύπου Williamson από το εμπορικά διαθέσιμο μονομερές 2-χλωρομέθυλο αίθυλενοδιοξυθειοφαίνιο και την 3-βουτενόλη-1 για το Μ1 ή την τριαιθυλενογλυκόλη για το Μ3. Στη συνεχεία τα δίβρωμο υποκατεστημένα μονομερή Μ2 καί Μ4 συντέθηκαν μέσω αντίδρασης βρωμίωσης των μονομερών ΜΙ και M3 με τη χρήση είτε στοιχειακού βρωμίου ή του αντιδραστηρίου Ν-βρωμοσουκκινιμιδίου, σύμφωνα με το 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)- και άνθρακα (<13>C), στοιχειακή ανάλυση, αέρια χρωματογραφία συνδυαζόμενη με φασματομετρία μαζών (GC-MS) και Fourier Transform Υπέρυθρη φασματοσκοπία (FT-IR). The synthesis of the monomers was carried out using common organic synthesis reactions. More specifically, monomers MI and M3 were synthesized via a Williamson-type etherification reaction from the commercially available monomer 2-chloromethyl ethylenedioxythiophene and 3-butenol-1 for M1 or triethylene glycol for M3. Then dibromo-substituted monomers M2 and M4 were synthesized by bromination reaction of monomers M1 and M3 using either elemental bromine or the N-bromosuccinimide reagent, according to Scheme (2). Various spectroscopic techniques including proton (<1>H)- and carbon (<13>C) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, elemental analysis, gas chromatography combined with mass spectrometry (GC-MS) and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FT-IR).

2. Σύνθεση παραγωγων του πολύ(αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου) [PEDOT] Σε αυτό το στάδιο επιτεύχθηκε σύνθεση παραγώγων του πολύ (αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου) 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(αιθυλενοδιοξυθειοφαίνια) να ενσωματωθούν σε πιο περίπλοκες πολυμερικές αρχιτεκτονικές με τη χρήση ριζικού πολυμερισμού, σύμφωνα με το Σχήμα (3). Τα παράγωγα του πολύ (αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου) συντέθηκαν μέσω της μεθόδου μετάθεσης Grignard (Grignard Metathesis Method) (GRIM) η οποία στηρίζεται στην κατεργασία των μονομερών M2 και Μ4, που συνδυάστηκαν σε διαφορετικές αναλογίες (το Μ4 κυμάνθηκε από 1% έως 10%), μ' ένα ισοδύναμο από ένα αλκυλο- ή βίνυλοαντίδραστήριο Grignard που οδηγεί σε αντίδραση ανταλλαγής μαγνησίου - βρωμίου και στη συνέχεια προσθήκη του καταλύτη δίχλωρο-1,3-δις (δίφαινυλοφωσφινο)προπάνιο νικέλιο (II) [Ni (dppp)CI2], (dppp=1,3-δίφαινυλοφωσφινοπροπάνιο). Η αναλογία μεταξύ των δυο μονομερών εξετάσθηκε για να μελετηθεί σε επόμενο στάδιο ποια είναι η βέλτιστη πυκνότητα πλευρικών αλυσίδων που φέρουν διπλούς δεσμούς για την ενσωμάτωση των παραγώγων του πολύ (αιθυλενοδιοξυθείοφαινίου) σε πιο περίπλοκες πολυμερικές 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). 2. Synthesis of poly(ethylenedioxythiophene) [PEDOT] derivatives In this step, synthesis of poly(ethylenedioxythiophene) derivatives modified with side chains bearing polar triethylene glycol groups was achieved to make the newly synthesized polymers compatible with polar solvents, such as tetrahydrofuran, methanol and water as well as side chains bearing vinyl groups so that the resulting poly(ethylenedioxythiophenes) can then be incorporated into more complex polymeric architectures using radical polymerization, according to Scheme (3). The poly(ethylenedioxythiophene) derivatives were synthesized via the Grignard Metathesis Method (GRIM) which is based on the treatment of monomers M2 and M4, combined in different proportions (M4 varied from 1% to 10%), μ ' one equivalent of an alkyl or vinyl Grignard reagent leading to a magnesium-bromine exchange reaction followed by addition of the catalyst dichloro-1,3-bis(diphenylphosphine)propane nickel(II) [Ni(dppp)CI2], (dppp= 1,3-diphenylphosphinopropane). The ratio between the two monomers was examined to study at a later stage what is the optimal density of side chains bearing double bonds for the incorporation of poly(ethylenedioxythiophene) derivatives into more complex polymeric architectures. Various spectroscopic techniques including proton (<1>H)- and carbon (<13>C) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, size exclusion chromatography (SEC), RAMAN spectroscopy and ultraviolet-visible (UV-Vis) absorption spectrometry.

3. Σύνθεση παραγώγων του πολύ (αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου) :πολυ (στυρυλοσουλφωνικού νατρίου) [PEDOT:PSSNa] και Υδρογελών Τα τροποποιημένα με πολικές ομάδες τριαίθυλενογλυκόλης και βίνυλο- ομάδες παράγωγα του πολύ(αιθυλενοδιοξυθειoφαινίου) που συντέθηκαν, χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια για τη σύνθεση πιο περίπλοκων πολυμερικών αρχιτεκτονικών και των ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών, σύμφωνα με τα Σχήματα (4) και (5). Πιο συγκεκριμένα, τα τροποποιημένα παράγωγα του πολύ (αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου) συμπολυμερίστηκαν με το στυρυλοσουλφωνικό νάτριο, μέσω αντιδράσεων ελευθέρων ριζών (Σχήμα 4) με τη χρήση αζωισοβουτυλονατρίου (ΑΙΒΝ) ή βενζόϋλο υπεροξειδίου (ΒΡΟ) ως εκκινητές πολυμερισμού, ώστε να προκόψουν χημικώς ενωμένα συμπολυμερή του πολύ(αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου) και του πολύ (στυρυλοσουλφωνικού νατρίου) που έχουν παρόμοια δομή με το εμπορικά διαθέσιμο PEDOT:PSS το οποίο αποτελείται από αλυσίδες πολύ (αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου) και πολύ(στυρυλοσουλφωνικού) που είναι ενωμένες μεταξύ τους με ηλεκτροστατικής φύσης δευτεροταγής δεσμούς (Σχήμα 1). Στη συνέχεια βρίσκοντας τις βέλτιστες συνθήκες συμπολυμερισμού του πολύ(αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου) και του στυρυλοσουλφωνικού νατρίου, προχωρήσαμε στη σύνθεση των υδρογελών χρησιμοποιώντας ταυτόχρονα τα τροποποιημένα παράγωγα του πολυ (αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου), το στυρυλοσουλφωνικό νάτριο και το μέσο δικτύωσης που είναι το διμεθακρυλικό παράγωγο της τριαίθυλενογλυκόλης 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 (αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου), ιοντική αγωγιμότητα λόγω των αντισταθμιστικών φορτίων νατρίου από το πολύ (στυρυλοσουλφωνικό νάτριο) και επίσης μηχανική σταθερότητα καί αντοχή λόγω των σχηματιζόμενων σταυροδεσμών (Σχήμα 5). 3. Synthesis of poly(ethylenedioxythiophene):poly(sodium styrylsulfonate) [PEDOT:PSSNa] Derivatives and Hydrogels The synthesized poly(ethylenedioxythiophene) derivatives modified with polar groups of triethylene glycol and vinyl groups were then used to synthesize more complex polymeric architectural and electroconductive hydrogels, according to Figures (4) and (5). More specifically, modified derivatives of poly(ethylenedioxythiophene) were copolymerized with sodium styrylsulfonate, via free radical reactions (Scheme 4) using sodium azoisobutylene (AIBN) or benzoyl peroxide (BPO) as polymerization initiators, to prepare chemically linked copolymers of poly (ethylenedioxythiophene) and poly(sodium styrylsulfonate) that have a similar structure to the commercially available PEDOT:PSS which consists of poly(ethylenedioxythiophene) and poly(styrylsulfonate) chains joined together by electrostatic secondary bonds (Figure 1). Then finding the optimal conditions for the copolymerization of poly(ethylenedioxythiophene) and sodium styrylsulfonate, we proceeded to the synthesis of hydrogels using simultaneously the modified poly(ethylenedioxythiophene), sodium styrylsulfonate and the cross-linking agent which is the dimethacrylate derivative of triethylene glycol through free reactions roots (Figure 5) using AIBN or BPO as primers. The formed hydrogels show simultaneously electronic conductivity due to the poly (ethylenedioxythiophene), ionic conductivity due to the compensating sodium charges from the poly (sodium styryl sulfonate) and also mechanical stability and strength due to the crosslinks formed (Figure 5).

Συνοπτικά η σύσταση της ηλεκτροαγώγίμης υδρογέλης μπορεί να ποικίλε ι όταν το αγώγιμο μέρος (σύσταση συζυγίακού πολυμερούς) είναι από 1 έως 99% ή όταν το μη αγώγιμο-υδατοδιαλυτό μέρος (σύσταση υδατοδίαλυτού 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 ηλεκτροαγώγ ιμες υδρογέλες και τα πρόδρομα συζυγιακά πολυμερή τους μπορούν να εναποτεθούν σε λεπτά υμένία είτε με screen printing, drop casting, dr blade, spin coating ή spraying. Briefly, the composition of the electroconductive hydrogel can be varied when the conductive part (conjugated polymer composition) is from 1 to 99% or when the non-conductive-water-soluble part (water-soluble polymer composition) is from 1 to 99%. Various spectroscopic techniques including proton (<1>H)- and carbon (<13>C) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, size exclusion chromatography (SEC), RAMAN spectroscopy and UV-Vis absorption spectrometry, since electroconductive hydrogels and their conjugated polymer precursors can be deposited in thin films either by screen printing, drop casting, dr blade, spin coating or 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 ηλεκτρονίακής και ιοντικής αγωγιμότητας. Τέλος, θα πραγματοποιηθεί μορφολογίκός χαρακτηρισμός. 4. Characterization of Properties of New Electroconductive Hydrogels Emphasis was placed on the characterization of the materials obtained during the synthesis stage and more specifically on the determination of thermal, optical and electrochemical properties as well as electronic and ionic conductivity measurements. Finally, morphological characterization will be carried out.

Χαρακτηρισμός Θερμικών, Μηχανικών και Οπτικών Ιδιοτήτων Characterization of Thermal, Mechanical and Optical Properties

• Oι θερμικές ιδιότητες των πολυμερών εξετάσθηκαν μέσω θερμιδομετρίας διαφορικής σάρωσης (DSC) και μέσω θερμοβαρυτικής αναλύσης (TGA). Oι μελέτες αυτές παρέχουν αρχικές πληροφορίες σχετικά με την κρυσταλλικότητα, το σημείο τήξεως, την θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης και της θερμοκρασίας αποδόμησης των συντιθέμενων πολυμερών • The thermal properties of the polymers were examined by means of differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). These studies provide initial information on the crystallinity, melting point, glass transition temperature and degradation temperature of the synthesized polymers.

• 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 φωτοφωταύγείας. Με βάση αυτά τα αποτελέσματα, προσδιορίστηκαν τα μέγιστα απορρόφησης και το οπτικό ενεργειακό χάσμα των πολυμερών καθώς και τα μήκη κύματος που εκπέμπουν. • The absorption and emission spectra of the polymers in both solution and solid state were recorded using ultraviolet-visible (UV-Vis) and photoluminescence absorption spectrometry. Based on these results, the absorption maxima and optical energy gap of the polymers as well as their emitting wavelengths were determined.

Ηλεκτροχημικός Χαρακτηρισμός και Μετρήσεις Αγωγιμότητας Electrochemical Characterization and Conductivity Measurements

• Ο χαρακτηρισμός ίων ηλεκτροχημικών ιδιοτήτων των πολυμερών και πLο συγκεκριμένοι του υψηλότερου καπηλευμένου μοριακού τροχιακού (HOMO) και χαμηλότερου μη κατειλημμένου μοριακού τροχιακού (LUMO) πραγματοποιήθηκε μέσω της κυκλικής βολταμέτριας. • The characterization of the electrochemical properties of the polymers and in particular the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) was carried out through cyclic voltammetry.

• Το έργο εξαγωγής των πολυμερών προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας την τεχνική ανιχνευτή Kelvin probe. • The extraction work of the polymers was determined using the Kelvin probe technique.

• Ο υπολογισμός της ιοντικής αγωγιμότητας των λεπτών υμενίων επιτεύχθηκε μέσω πειραμάτων (φασματοσκοπίας) εμπέδησης χρησιμοποιώντας μίκρο-ηλεκτρόδια και ηλεκτροχημικές μονάδες ελέγχου, όπου η καθεμιά αποτελείται από ψηφιακό ποτενσιοστάτη / γαλβανοστάτη με αναλυτή αντίστασης. Αντίθετα, η ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα υπολογίστηκε μέσω της τεχνικής four probe με μετρήσεις σε λεπτά υμένια. • Calculation of the ionic conductivity of the thin films was achieved through impedance (spectroscopy) experiments using micro-electrodes and electrochemical control units, each consisting of a digital potentiostat / galvanostat with resistance analyzer. Instead, the electronic conductivity was calculated through the four probe technique with measurements on thin films.

Μορφολογικός Χαρακτηρισμός Morphological Characterization

• Για το χαρακτηρισμό του πορώδους του υλικού, π.χ. μέγεθος και κατανομή πόρων στο εσωτερικό του υλικού κλπ, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις πορωσίμότητας. • To characterize the porosity of the material, e.g. size and distribution of resources inside the material, etc., permeability measurements were carried out.

· Πραγματοποιήθηκαν μελέτες μορφολογίας της επιφάνειας με υψηλής ανάλυσης ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Πιο συγκεκριμένα, λόγω της συνύπαρξης υδροφιλικότητας [λόγω του πολύ(στύρυλοσουλφωνικού) τμήματος αλλά και των πλευρικών ομάδων τριαιθυλενογλυκόλης στο πολύ(αιθυλενοδιοξυθειοφαίνιο)] και υδροφοβικότητας [λόγω της αλυσίδας του πολυ(αιθυλενοδιοξυθείοφαινίου)], προέκυψαν πολύ ενδιαφέρουσες, ίσως και μοναδικές, μορφολογίες σε στερεή κατάσταση. Στη συνέχεια, έγινε προσπάθεια συσχέτισης των μορφολογιών αυτών που προέκυψαν με τα αποτελέσματα τόσο της ιοντικής όσο καί της ηλεκτρονιακής αγωγιμότητας για να διαπιστώσουμε αν υπάρχει αλληλεξάρτηση μεταξύ αυτών. · Surface morphology studies were performed with high-resolution scanning electron microscopy (SEM). More specifically, due to the coexistence of hydrophilicity [due to the poly(styrylsulfonic) part but also the triethylene glycol side groups in the poly(ethylenedioxythiophene)] and hydrophobicity [due to the poly(ethylenedioxythiophene) chain], very interesting, perhaps even unique, morphologies emerged in solid state. Then, an attempt was made to correlate the resulting morphologies with the results of both ionic and electronic conductivity to determine if there is an interdependence between them.

Σύντομη Περιγραφή Αριθμημένων Σχεδίων: Brief Description of Numbered Drawings:

Σχήμα 1: Χημική δομή του PEDOT:PSS Figure 1: Chemical structure of PEDOT:PSS

[πολύ (αιθυλενοδιοξυθειοφαίνιο):πολυ (στυρυλοσουλφωνικο οξύ)]. [poly(ethylenedioxythiophene):poly(styrylsulfonic acid)].

Σχήμα 2: Χημική αντίδραση σύνθεσης υποκατεστημένων διβρωμο-μονομερών του αιθυλενοδίοξυθειοφαινίου. Scheme 2: Chemical reaction for the synthesis of substituted dibromo-monomers of ethylenedioxythiophene.

Σχήμα 3: Χημική αντίδραση σύνθεσης παραγωγών του πολύ (αίθυλενοδίοξυθειοφαινίου), PEDOT. Figure 3: Chemical reaction synthesis of poly(ethylenedioxythiophene), PEDOT.

Σχήμα 4: Χημική αντίδραση σύνθεσης παραγωγών του πολύ (αίθυλενοδίοξυθειοφαινίου) :πολύ (στυρυλοσουλφωνικού νατρίου) [PEDOT:PSSNa]. Figure 4: Synthesis chemical reaction of poly(ethylenedioxythiophene):poly(sodium styryl sulfonate) [PEDOT:PSSNa].

Σχήμα 5: Χημική αντίδραση σύνθεσης Υδρογελών. Figure 5: Chemical reaction of synthesis of Hydrogels.

Claims (8)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ 1. Τα προϊόντα σύνθεσης συζυγιακών συμπολυμερών που βασίζονται σε συμπολυμερή πολύ(αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου) και πολύ(στυρυλοσουλφωνικού νατρίου) και φέρουν πλευρικές ομάδες τριαιθυλενογλυκόλης καθώς καί 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(αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου) καί του πολύ(στυρυλοσουλφωνικού νατρίου) όπως παρουσιάζεται στο παρακάτω χημικό τύπο: CLAIMS 1. Synthesis products of conjugated copolymers based on poly(ethylenedioxythiophene) and poly(sodium styrylsulfonate) copolymers and bearing triethylene glycol side groups as well as side chains bearing vinyl groups, through free radical reactions using AIBN or BPO as polymerization initiators, giving chemically linked copolymers of poly(ethylenedioxythiophene) and poly(sodium styrylsulfonate) as shown in the following chemical formula: 2. Τα προϊόντα σύνθεσης ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών που βασίζονται σε συμπολυμερή πολύ(αιθυλενοδιοξυθειοφαινίου) και πολύ(στυρυλοσουλφωνικού νατρίου) και φέρουν πλευρικές ομάδες τριαιθυλενογλυκόλης και βινυλομάδες σύμφωνα με την αξίωση (1), διασταυρωμένες με το διμεθακρυλικό παράγωγο της τριαιθυλενογλυκόλης μέσω αντιδράσεων ελευθέρων ριζών με τη χρήση του αζωισοβουτυλονατρίου (ΑΙΒΝ) ή του βενζόϋλο υπεροξείδιου (ΒΡΟ) ως εκκινητών πολυμερισμού. 2. The electroconductive hydrogel synthesis products based on poly(ethylenedioxythiophene) and poly(sodium styrylsulfonate) copolymers and bearing triethylene glycol side groups and vinyl groups according to claim (1), cross-linked with the dimethacrylate derivative of triethylene glycol through free radical reactions using of sodium azoisobutylene (AIBN) or benzoyl peroxide (BPO) as polymerization initiators. 3. Η μέθοδος σύνθεσης συζυγιακών πολυμερών και ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών που αναφέρονται αντίστοιχα στις αξιώσεις (1) και (2) , στην οποία αποτελούνται: η μέθοδος μετάθεσης Grignard με καταλύτη δίχλωρο-1,3-δίς(διφαινυλοφώσφινο)προπάνιο νικέλιο (II) [Ni(dppp)CI2] και οι αντιδράσεις ελευθέρων ριζών με τη χρήση αζωισοβουτυλονατρίου (ΑΙΒΝ) ή βενζόϋλο υπεροξειδίου (ΒΡΟ) ως εκκινητές πολυμερισμού. 3. The method of synthesizing conjugated polymers and electroconductive hydrogels mentioned respectively in claims (1) and (2), in which they consist of: the Grignard metathesis method with dichloro-1,3-bis(diphenylphosphine)propane nickel(II) catalyst [Ni (dppp)Cl2] and the free radical reactions using azoisobutyl sodium (AIBN) or benzoyl peroxide (BPO) as polymerization initiators. 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) καL (2), είτε με screen printing, drop casting, dr blade, spin coating ή spraying, και (β) η διαδικασία ξήρανσης του υμενίου του πολυμερούς που εναποτέθηκε καί αναφέρεται στο (α). 4. The method of preparing the thin film membrane: (a) the deposition of a thin film from the conjugated polymers and electroconductive hydrogels referred to in claims (1) and (2), either by screen printing, drop casting, dr blade, spin coating or spraying, and (b) the drying process of the deposited polymer film referred to in (a). 5. Η όποια διάταξη οπτοηλεκτρονικής συσκευής (διατάξεις οργανικών τρανζίστορ, οργανικών φωτοβολταικών) η οποία αποτελείταί από μία ή περισσότερες επιφάνειες λεπτών υμενίων των συζυγιακών πολυμερών που αξιώνονται στο (1), η οποία αποτελεί την ενεργή επιφάνεια. 5. Any optoelectronic device arrangement (organic transistor arrangements, organic photovoltaics) which consists of one or more surfaces of thin films of the conjugated polymers claimed in (1), which constitutes the active surface. 6. Η όποια διάταξη βίοηλεκτρονικής συσκευής η οποία αποτελείται από μία ή περισσότερες επιφάνειες λεπτών υμενίων των ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών που αξιώνονται στο (2), η οποία αποτελεί την ενεργή επιφάνεια. 6. Any bioelectronic device assembly consisting of one or more thin film surfaces of the electroconductive hydrogels claimed in (2), which constitutes the active surface. 7. Η σύσταση της ηλεκτροαγώγιμης υδρογέλης συμπολυμερούς πολύ(αίθυλενοδίοξυθειοφαινίου) καιπολύ(στυρυλοσουλφωνικού νατρίου) που φέρειπλευρικές ομάδες τριαιθυλενογλυκόλης και βίνυλομάδες, διασταυρωμένες με το διμεθακρυλικό παράγωγο της τρίαιθυλενογλυκόλης σύμφωνα με την αξίωση (2), όταν το αγώγιμο μέρος [πολύ(αίθυλενοδίοξυθείοφαίνιο)] είναι από 1 έως 99%. 7. The electroconductive hydrogel composition of poly(ethylenedioxythiophene) and poly(sodium styrylsulfonate) copolymer bearing triethylene glycol side groups and vinyl groups, cross-linked with the dimethacrylate derivative of triethylene glycol according to claim (2), when the conductive part [poly(ethylenedioxythiophene)] is from 1 to 99%. 8. Η σύσταση της ηλεκτροαγώγιμης υδρογέλης συμπολυμερούς πολύ(αιθυλενοδίοξυθειοφαινίου) και πολύ(στυρυλοσουλφωνικού νατρίου) που φέρειπλευρικές ομάδες τρLaιθυλενογλυκόλης και βίνυλομάδες, διασταυρωμένες με το δίμεθακρυλικό παράγωγο της τριαιθυλενογλυκόλης σύμφωνα με την αξίωση (2), όταν το μη αγώγιμο-υδατοδιαλυτό μέρος [πολύ(στυρυλοσουλφωνίκό νάτριο)] είναι από 1 έως 99%.8. The composition of electroconductive hydrogel copolymer poly(ethylenedioxythiophene) and poly(sodium styrylsulfonate) bearing triethylene glycol side groups and vinyl groups, cross-linked with the dimethacrylate derivative of triethylene glycol according to claim (2), when the non-conductive-water-soluble part [poly( sodium styryl sulfonate)] is from 1 to 99%.
GR20170100163A 2017-04-07 2017-04-07 Electroconductive hydrogels based on poly(ethylenedioxythiophene)-poly(sodium styrene sulfonate) copolymers for bioelectronic applications GR20170100163A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GR20170100163A GR20170100163A (en) 2017-04-07 2017-04-07 Electroconductive hydrogels based on poly(ethylenedioxythiophene)-poly(sodium styrene sulfonate) copolymers for bioelectronic applications

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GR20170100163A GR20170100163A (en) 2017-04-07 2017-04-07 Electroconductive hydrogels based on poly(ethylenedioxythiophene)-poly(sodium styrene sulfonate) copolymers for bioelectronic applications

Publications (1)

Publication Number Publication Date
GR20170100163A true GR20170100163A (en) 2019-01-25

Family

ID=60473557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
GR20170100163A GR20170100163A (en) 2017-04-07 2017-04-07 Electroconductive hydrogels based on poly(ethylenedioxythiophene)-poly(sodium styrene sulfonate) copolymers for bioelectronic applications

Country Status (1)

Country Link
GR (1) GR20170100163A (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120100217A1 (en) * 2010-10-22 2012-04-26 Newsouth Innovations Pty Limited Polymeric material
JP2014133787A (en) * 2013-01-08 2014-07-24 Institute Of Physical & Chemical Research Conductive gel and method of producing conductive gel

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120100217A1 (en) * 2010-10-22 2012-04-26 Newsouth Innovations Pty Limited Polymeric material
JP2014133787A (en) * 2013-01-08 2014-07-24 Institute Of Physical & Chemical Research Conductive gel and method of producing conductive gel

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JEONGHUN KIM, YUNA KIM, EUNKYOUNG KIM: "Electrochromic pattern formation by photo cross-linking reaction of PEDOT side chains", MACROMOLECULAR RESEARCH, POLYMER SOCIETY OF KOREA, SEOUL, KR, vol. 17, no. 10, 1 October 2009 (2009-10-01), KR, pages 791 - 796, XP055452261, ISSN: 1598-5032, DOI: 10.1007/BF03218616 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pyarasani et al. Polyaniline-based conducting hydrogels
Gleason Nanoscale control by chemically vapour-deposited polymers
Mawad et al. Electroconductive hydrogel based on functional poly (ethylenedioxy thiophene)
Chakraborty et al. Synthesis and optical properties of a rod− coil diblock copolymer with polyoxometalate clusters covalently attached to the coil block
Ulutürk et al. Electroconductive 3D polymeric network production by using polyaniline/chitosan-based hydrogel
Martin et al. The morphology of poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)
Wei et al. Post-polymerization functionalization of poly (3, 4-propylenedioxythiophene)(PProDOT) via thiol–ene “click” chemistry
Shaplov et al. Truly solid state electrochromic devices constructed from polymeric ionic liquids as solid electrolytes and electrodes formulated by vapor phase polymerization of 3, 4-ethylenedioxythiophene
US9695275B2 (en) Integrated zwitterionic conjugated polymers for bioelectronics, biosensing, regenerative medicine, and energy applications
Fares et al. Stimuli pH‐responsive (N‐vinyl imidazole‐co‐acryloylmorpholine) Hydrogels; Mesoporous and Nanoporous Scaffolds
Arsalani et al. Synthesis of polyhedral oligomeric silsesquioxane nano‐crosslinked poly (ethylene glycol)‐based hybrid hydrogels for drug delivery and antibacterial activity
Istif et al. Thiophene-based aldehyde derivatives for functionalizable and adhesive semiconducting polymers
Dominguez-Alfaro et al. Electroactive 3D printable poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)-graft-poly (ε-caprolactone) copolymers as scaffolds for muscle cell alignment
Wei et al. POSS-ProDOT crosslinking of PEDOT
Imae et al. Self-doped conducting polymers in biomedical engineering: Synthesis, characterization, current applications and perspectives
Massoumi et al. Novel nanostructured star-shaped polythiophene, and its electrospun nanofibers with gelatin
Stuparu Macromolecular architectures of corannulene: synthesis, properties, and applications of polymers containing a molecular bowl of carbon
Sivaraman et al. Electrochemical modification of cation exchange membrane with polyaniline for improvement in permselectivity
Conejo-Dávila et al. Selective polymerization of a new bifunctional monomer via free radical polymerization and oxidative route
Zhou et al. Interpolymer complexation between poly (vinylphosphonic acid) and poly (vinylpyridine) s
Haldar et al. Tailor made synthesis of water-soluble polythiophene-graft-poly (caprolactone-block-dimethylaminoethyl methacrylate) copolymer and their pH tunable self-assembly and optoelectronic properties
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
Steverlynck et al. Influence of the Grafting Density on the Self-Assembly in Poly (phenyleneethynylene)-g-poly (3-hexylthiophene) Graft Copolymers
GR20170100163A (en) Electroconductive hydrogels based on poly(ethylenedioxythiophene)-poly(sodium styrene sulfonate) copolymers for bioelectronic applications