GR20170100165A - Electroconductive hydrogels based on poly(pyrrole)-poly(vinylsulfonate sodium) copolymers for bioelectronic applications - Google Patents

Electroconductive hydrogels based on poly(pyrrole)-poly(vinylsulfonate sodium) copolymers for bioelectronic applications Download PDF

Info

Publication number
GR20170100165A
GR20170100165A GR20170100165A GR20170100165A GR20170100165A GR 20170100165 A GR20170100165 A GR 20170100165A GR 20170100165 A GR20170100165 A GR 20170100165A GR 20170100165 A GR20170100165 A GR 20170100165A GR 20170100165 A GR20170100165 A GR 20170100165A
Authority
GR
Greece
Prior art keywords
poly
pyrrole
electroconductive
triethylene glycol
sodium
Prior art date
Application number
GR20170100165A
Other languages
Greek (el)
Other versions
GR1009866B (en
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 GR20170100165A priority Critical patent/GR1009866B/en
Publication of GR20170100165A publication Critical patent/GR20170100165A/en
Publication of GR1009866B publication Critical patent/GR1009866B/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
    • 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
    • C08G61/124Macromolecular 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
    • 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
    • C08G2261/3221Monomer 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
    • 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
    • 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
    • C08G2261/77Post-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

The invention relates to the composition process of new electro-conductive hydrogels based on the poly-(pyrrole) and poly (vinylsulfonate sodium)polymer conjugate; it is, also, described and claimed herein the use and application of said hydogels in optoelectric-bio-electronic arrangements.

Description

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ DESCRIPTION

ΗΛΕΚΤΡΟΑΓΩΓΙΜΕΣ ΥΔΡΟΓΕΛΕΣ ΒΑΣΙΖΟΜΕΝΕΣ ΣΕ ΣΥΜΠΟΛΥΜΕΡΗ ELECTRICALLY CONDUCTIVE HYDROGELS BASED ON COPOLYMERS

ΠΟΛΥ(ΠΥΡΡΟΛΙΟΥ)-ΠΟΛΥ(ΒΙΝΥΛΟΣΟΥΛΦΩΝΙΚΟΥ ΑΛΑΤΟΣ ΝΑΤΡΙΟΥ) ΓΙΑ POLY(PYRROLE)-POLY(SODIUM VINYL SULFONATE) FOR

ΒΙΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ BIOELECTRONIC APPLICATIONS

Θέμα της εφεύρεσης Subject of the invention

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) καL 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 [πολυ(αίθυλενοδιοξυθειοφαινιο):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 . The present invention relates 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 crosslinks) 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 the conjugated polymers. Until now the most widespread organic material (conjugated polymer) used for the synthesis of electroconductive hydrogels is PEDOT:PSS [poly(ethylenedioxythiophene):poly(styrylsulfonic 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 one 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 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 βίοϋλίκών και παρουσιάζουν ένα ευρύ φάσμα βιοιατρικών εφαρμογών όπως οι βιοαισθητήρες, η μεταφορά φαρμάκου (drug delivery) και η μηχανική ιστών (tissue engineering). Πιο συγκεκριμένα, Oι 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 υπόκεινται 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 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 ανίονικού 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. 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 particular 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 and 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 polymer 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 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 ηλεκτρικοαγώγιμων υδρογελών τα οποία βασίζονται στα συζυγιακά πολυμερή έχει αποδειχθεί 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. 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 the 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 at 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 at the same time exhibiting elastic behavior, and having 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 κρίθούν 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 συζυγιακό πολυμερές απο μια προπαρασκευασμένη υδρογέλη - αυτή η οδός αναφέρεται 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 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 υβριδικές υδρογέλες αποτελούνται από αλυσίδες συζυγιακών πολυμερών που είναι φυσικώς ή ιοντικώς εγκλωβισμένες εντός της συμβατικής μήτρας της υδρογέλης με τέτοιο τρόπο ώστε να περιορίζεται η λειτουργικότητά 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. 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 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. 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 (low molecular weight gelator, LMWG). 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) Ηλεκτρονίακή αγωγιμότητα 3) Electronic conductivity

4) Ιοντική αγωγιμότητα 4) Ionic conductivity

καί άρα θα αποτελούν πολύ ελκυστικά υλικά για εφαρμογή στη βιοηλεκτρονική . and therefore 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 (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 (διμεθακρυλικό 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 συζυγιακού πολυμερούς που ακολουθείται από υποβάθμιση στις ηλεκτρονικές ιδιότητες του υλικού, γ) ηλεκτρονιακή 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. An ideal precursor material for the synthesis of conductive hydrogel is the conjugated polymer of the modified poly(pyrrole) derivative with the following properties: a) water solubility to enhance the capacity during polymer swelling 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 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 sodium poly(vinylsulfonate), respectively.

Λεπτομερής Περιγραφή της εφεύρεσης Detailed Description of the Invention

1. Σύνθεση υποκατεστημένων διβρωμο-μονομερών του πυρρολίου Η σύνθεση των μονομερών πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας κοινές αντιδράσεις οργανικής σύνθεσης Πιο συγκεκριμένα, τα μονομερή ΜΙ κα L M3 συντέθηκαν μέσω αντίδρασης αίθεροποίησης τύπου Williamson από το εμπορικά διαθέσιμο μονομερές 3-χλωρομέθυλο πυρρόλιο και την 3-βουτενόλη-1 για το ΜΙ 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 Ν βρωμοσουκκινιμιδίου, 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). 1. Synthesis of substituted dibromo-monomers of pyrrole The synthesis of the monomers was carried out using common organic synthesis reactions More specifically, the monomers MI and L M3 were synthesized via a Williamson-type etherification reaction from the commercially available monomer 3-chloromethyl pyrrole and 3-butenol-1 for MI or triethylene glycol for M3. Then the dibromo-substituted monomers M2 and M4 were synthesized via bromination reaction of monomers M1 and M3 using either elemental bromine or the reagent N-bromosuccinimide, as shown in Scheme (2). Various spectroscopic techniques including proton (<1>H)-carbon (<13>C) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, elemental analysis, gas chromatography combined with spectrometry were used to certify the successful synthesis of the proposed monomers M1-M4 mass spectrometry (GC-MS) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR).

2. Σύνθεση παραγωγών του πολύ(πυρρολίου) 2. Synthesis of poly(pyrrole) producers

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(διφαινυλοφωσφινο)προπάνιο νικέλιο (II) [Ni(dppp)CI2], (dppp=l,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). At this stage, synthesis of poly(pyrrole) derivatives modified with side chains bearing polar triethylene glycol groups was achieved so that the newly synthesized polymers were compatible with polar solvents, such as tetrahydrofuran, methanol and water as well as side chains bearing vinyl groups to be able to then the produced poly(pyrroles) to be incorporated into more complex polymeric architectures using e.g. of radical polymerization, according to Scheme (3). The poly(pyrrole) derivatives were synthesized via the Grignard Metathesis Method (GRIM) which is based on the treatment of monomers M2 and M4, which were combined in different proportions (M4 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 in the next step what is the optimal density of side chains bearing double bonds for the incorporation of poly(pyrrole) 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 παραγωγων του πολυ(πυρρολίου) :πολυ(βίνυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου) και Υδρογελών 3. Synthesis of poly(pyrrole):poly(sodium vinyl sulfonate) and Hydrogels

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(βίνυλοσουλφωνικό άλας νατρίου), μέσω αντιδράσεων ελευθέρων ριζών (Σχήμα 4) με τη χρήση αζωισοβουτυλονατρίου (ΑΙΒΝ) ή βενζόϋλο υπεροξείδίου (ΒΡΟ) ως εκκινητές πολυμερισμού, ώστε να προκύψουν χημικώς 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 (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 (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 διμεθακρυλίκό παράγωγο της τρLaιθυλενογλυκόλης 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 πολύ(βίνυλοσουλφωνικό άλας νατρίου) και επίσης μηχανική σταθερότητα και αντοχή λόγω των σχηματιζόμενων σταυροδεσμών (Σχήμα 5). Συνοπτικά η σύσταση της ηλεκτροαγώγίμης υδρογέλης μπορεί να ποικίλει όταν το αγώγιμο μέρος (σύσταση συζυγιακού πολυμερούς) είναιαπό 1 έως 99% ή όταν το μη αγώγίμο-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 Oι ηλεκτροαγώγιμες υδρογέλες καί τα πρόδρομα συζυγίακά πολυμερή τους μπορούν να εναποτεθούν σε λεπτά υμένία είτε με screen printing, drop casting, dr blade, spin coating ή spraying. The synthesized poly(pyrrole) derivatives modified with polar triethylene glycol groups and vinyl groups were then used to synthesize more complex polymeric architectures and electroconductive hydrogels according to Schemes (4) and (5). More specifically, the modified derivatives of poly(pyrrole) were copolymerized with poly(sodium vinyl sulfonate), via free radical reactions (Scheme 4) using sodium azoisobutylene (AIBN) or benzoyl peroxide (BPO) as polymerization initiators, to give chemically conjugated copolymers of poly(pyrrole) and poly(sodium vinyl sulfonate) that have a similar structure to the commercially available PEDOT:PSS consisting of poly(ethylenedioxythiophene) and poly(styryl sulfonate) chains joined together by electrostatic secondary bonds ( Figure 1). Then finding the optimal copolymerization conditions of poly(pyrrole) and poly(sodium vinyl sulfonate), we proceeded to synthesize the hydrogels using simultaneously the modified derivatives of poly(pyrrole), poly(sodium vinyl sulfonate) and the crosslinking agent which is the dimethacrylate derivative of tertethylene glycol via free radical reactions (Scheme 5) using AIBN or BPO as initiators. The formed hydrogels simultaneously exhibit electronic conductivity due to the poly(pyrrole), ionic conductivity due to the countervailing sodium charges from the poly(sodium vinyl sulfonate), and also mechanical stability and strength due to the crosslinks formed (Figure 5). 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 absorption spectrometry in the ultraviolet visible (UV-Vis), 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 ηλεκτρονιακής και ιοντικής αγωγιμότητας. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μορφολογικός 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 was performed.

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). Οι 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 φωτοφωταύγειας. 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 both in solution and in the solid state were recorded using ultraviolet-visible (UV-Vis) absorption and photoluminescence 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 των ηλεκτροχημικών ιδιοτήτων των πολυμερών και πιο συγκεκριμένα του υψηλότερου κατηλλειμένου μοριακού τροχίακού (HOMO) και χαμηλότερου μη κατείλλημένου μοριακού τροχίακού (LUMO) θα πραγματοποιηθεί μέσω της κυκλικής βολταμετρίας. • The characterization of the electrochemical properties of the polymers and more specifically the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) will be performed 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 αγωγιμότητα των λεπτών υμενίων επιτεύχθηκε μέσω πειραμάτων (φασματοσκοπίας) εμπέδησης χρησιμοποιώντας μίκρο-ηλεκτρόδια και ηλεκτροχημικές μονάδες ελέγχου, όπου η καθέμια αποτελείταί από ψηφιακό ποτενσιοστάτη / γαλβανοστάτη με αναλυτή αντίστασης. Αντίθετα, η ηλεκτρονίακή 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, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις πορωσίμότητας. • To characterize the porosity of the material, e.g. size and distribution of pores within the material, permeability measurements were performed.

• Πραγματοποιήθηκαν μελέτες μορφολογίας της επιφάνειας με υψηλής ανάλυσης ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Πιο συγκεκριμένα, λόγω της συνύπαρξης υδροφίλικότητας [λόγω του πολύ(βίνυλοσουλφωνLκού άλατος νατρίου) τμήματος αλλά και των πλευρικών ομάδων τριαιθυλενογλυκόλης στο πολυ(πυρρόλιο)] καί υδροφοβίκότητας [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 ηλεκτρονίακής 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 sodium poly(vinyl sulfonate) part but also the triethylene glycol side groups in the poly(pyrrole)] and hydrophobicity [due to the poly(pyrrole chain)], very interesting, perhaps even unique, solid state morphologies. Then, an attempt was made to correlate these resulting morphologies with the results of both ionic and electronic conductivity to determine if there is any 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(αιθυλενοδίοξυθειοφαίνιο) :πολύ(στυρυλοσουλφωνικό οξύ)]. [poly(ethylenedioxythiophene) :poly(styrylsulfonic acid)].

Σχήμα 2: Χημική αντίδραση σύνθεσης υποκατεστημένων διβρωμο-μονομερών του πυρρολίου. Scheme 2: Chemical reaction of synthesis of substituted dibromo-monomers of pyrrole.

Σχήμα 3: Χημική αντίδραση σύνθεσης παραγωγών του πολύ (πυρρολίου). Figure 3: Chemical reaction for synthesis of poly(pyrrole) derivatives.

Σχήμα 4: Χημική αντίδραση σύνθεσης παραγωγών του του πολύ(πυρρολίου) :πολυ(βίνυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου). Σχήμα 5: Χημική αντίδραση σύνθεσης Υδρογελών. Figure 4: Chemical reaction of synthesis of derivatives of poly(pyrrole):poly(sodium vinyl sulfonate). Figure 5: Chemical reaction of synthesis of Hydrogels.

Claims (8)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ 1. Τα προϊόντα σύνθεσης συζυγιακών συμπολυμερών που βασίζονται σε βασίζονται σε συμπολυμερή πολυ(πυρρολίου) και πολυ(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 εκκίνητές πολυμερίσμού, δίνοντας χημικώς ενωμένα συμπολυμερή του πολύ(πυρρολίου) καL του πολυ(βίνυλοσουλφωνικού άλατος νατρίου) όπως παρουσιάζεται στο παρακάτω χημικό τύπο: CLAIMS 1. Synthesis products of conjugated copolymers based on based on poly(pyrrole) and poly(sodium vinyl sulfonate) copolymers and bearing triethylene glycol side groups as well as side chains bearing vinyl groups through free radical reactions using AIBN or BPO as initiators polymerization, giving chemically linked copolymers of poly(pyrrole) and poly(sodium vinyl sulfonate) as shown in the following chemical formula: 2. Τα προϊόντα σύνθεσης ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών που βασίζονται σε συμπολυμερή πολύ(πυρρολίου)καιπολύ(βίνυλοσουλφωνικού 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 αζωίσοβουτυλονατρίου (ΑΙΒΝ) ή του βενζόϋλο υπεροξειδίου (ΒΡΟ) ως εκκινητών πολυμερισμού. 2. The electroconductive hydrogel synthesis products based on poly(pyrrole) and poly(sodium vinyl sulfonate) 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 using azoisobutyl sodium (AIBN) or benzoyl peroxide (BPO) as polymerization initiators. 3. Η μέθοδος σύνθεσης συζυγιακών πολυμερών και ηλεκτροαγώγιμων υδρογελών που αναφέρονταί αντίστοιχα στις αξιώσεις (1) καί (2) , στην οποία αποτελούνται: η μέθοδος μετάθεσης Grignard με καταλύτη δίχλωρο-1,3-δLς(διφαινυλοφώσφινο)προπάνιο νικέλιο (II) [Ni(dppp)CI2] και οι αντιδράσεις ελευθέρων ριζών με τη χρήση αζωίσοβουτυλονατρίου (ΑΙΒΝ) ή βενζόϋλο υπεροξειδίου (ΒΡΟ) ως εκκίνητές πολυμερισμού. 3. The method for the synthesis of conjugated polymers and electroconductive hydrogels mentioned respectively in claims (1) and (2), in which they consist of: the Grignard metathesis method with a catalyst of dichloro-1,3-δLs(diphenylphosphine)propane nickel (II) [Ni (dppp)CI2] 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) 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 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 φωτοβολταϊκών) η οποία αποτελείταί από μία ή περισσότερες επιφάνειες λεπτών υμενίων των συζυγίακών 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 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. 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 ηλεκτροαγώγίμης υδρογέλης συμπολυμερούς πολύ(πυρρολίου) καιπολύ(βίνυλοσουλφωνίκού άλατος νατρίου) που φέρει πλευρικές ομάδες τριαιθυλενογλυκόλης και βίνυλομάδες, διασταυρωμένες με το διμεθακρυλικό παράγωγο της τριαιθυλενογλυκόλης σύμφωνα με την αξίωση (2), όταν το αγώγιμο μέρος [πολύ(πυρρόλιο)] είναι από 1 έως 99%. 7. The composition of electroconductive poly(pyrrole) and poly(sodium vinyl sulfonate) copolymer hydrogel 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(pyrrole) ] is from 1 to 99%. 8. Η σύσταση της ηλεκτροαγώγιμης υδρογέλης συμπολυμερούς πολυ(πυρρολίου) και πολυ(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(βινυλοσουλφωνικό άλας νατρίου)] είναι από 1 έως 99%.8. The composition of the electroconductive poly(pyrrole) and poly(sodium vinyl sulfonate) copolymer hydrogel 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 vinyl sulfonate)] is from 1 to 99%.
GR20170100165A 2017-04-07 2017-04-07 Electroconductive hydrogels based on poly(pyrrole)-poly(vinylsulfonate sodium) copolymers for bioelectronic applications GR1009866B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GR20170100165A GR1009866B (en) 2017-04-07 2017-04-07 Electroconductive hydrogels based on poly(pyrrole)-poly(vinylsulfonate sodium) copolymers for bioelectronic applications

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GR20170100165A GR1009866B (en) 2017-04-07 2017-04-07 Electroconductive hydrogels based on poly(pyrrole)-poly(vinylsulfonate sodium) copolymers for bioelectronic applications

Publications (2)

Publication Number Publication Date
GR20170100165A true GR20170100165A (en) 2019-01-25
GR1009866B GR1009866B (en) 2020-11-12

Family

ID=60473559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
GR20170100165A GR1009866B (en) 2017-04-07 2017-04-07 Electroconductive hydrogels based on poly(pyrrole)-poly(vinylsulfonate sodium) copolymers for bioelectronic applications

Country Status (1)

Country Link
GR (1) GR1009866B (en)

Citations (3)

* 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
WO2014121378A1 (en) * 2013-02-05 2014-08-14 University Health Network Conductive biomaterial for enhancement of conduction in vitro and in vivo

Patent Citations (3)

* 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
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
GR1009866B (en) 2020-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pyarasani et al. Polyaniline-based conducting hydrogels
Mawad et al. Conductive polymer hydrogels
Gleason Nanoscale control by chemically vapour-deposited polymers
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
Jaymand et al. Development of novel electrically conductive scaffold based on hyperbranched polyester and polythiophene for tissue engineering 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
Mao et al. Conductive polymer waving in liquid nitrogen
Pal et al. Mechanically robust, photopatternable conductive hydrogel composites
WO2015054484A1 (en) Integrated zwitterionic conjugated polymers for bioelectronics, biosensing, regenerative medicine, and energy applications
Dominguez-Alfaro et al. Electroactive 3D printable poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)-graft-poly (ε-caprolactone) copolymers as scaffolds for muscle cell alignment
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
Wei et al. POSS-ProDOT crosslinking of PEDOT
Massoumi et al. Novel nanostructured star-shaped polythiophene, and its electrospun nanofibers with gelatin
Huynh et al. Preparation of ‘click’hydrogels from polyaspartamide derivatives
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
GR20170100165A (en) Electroconductive hydrogels based on poly(pyrrole)-poly(vinylsulfonate sodium) copolymers for bioelectronic applications

Legal Events

Date Code Title Description
PG Patent granted

Effective date: 20201215