پلی(ان-ایزوپروپیل‌اکریل‌آمید)

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پلی(ان-ایزوپروپیل‌اکریل‌آمید)
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس ۲۵۱۸۹-۵۵-۳
پاب‌کم ۱۶۶۳۷
کم‌اسپایدر none
خصوصیات
فرمول مولکولی (C6H11NO)n
جرم مولی متغییر
شکل ظاهری جامد سفید
چگالی 1.1 g/cm3
دمای ذوب ۹۶ درجه سلسیوس (۲۰۵ درجه فارنهایت؛ ۳۶۹ کلوین)
خطرات
لوزی آتش
NFPA 704 four-colored diamondSpecial hazards (white): no code
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
Infobox references

پلی(اِن-ایزوپروپیل‌اکریل‌آمید) (به اختصار PNIPAm, PNIPAA, NIPA, PNIPAm یا PNIPA) از جمله پلیمرهای واکنش دهنده به دما یا پلیمرهای حرارتی است که برای اولین بار در دههٔ شصت میلادی ساخته شد[۱] و از آن زمان تا کنون از پلیمریزاسیون مونومر اِن ایزو پروپیل اکریل آمید به روش رادیکال آزاد تولید می‌شود.[۲]

PNIPA از دستهٔ پلیمرهای واکنش دهنده به دما است که دارای دمای انحلال پذیری بحرانی پایین (LCST) می‌باشد. این دما در منابع مختلف بین ۳۱ تا ۳۴ درجهٔ سانتی گراد ذکر شده‌است[۳][۴] اما با روش‌هایی از جمله کوپُلیمریزاسیون می‌تواند تا نزدیکی دمای بدن نیز افزایش یابد[۵] که همین امر کاربردهای فراوان این ماده را در مهندسی بافت،[۶] دارورسانی[۷][۸] و سوییچ‌های حرارتی به کار رفته در داخل بدن[۹] توجیه می‌کند.

تاریخچه[ویرایش]

تاریخچهٔ ساخت پلی (اِن ایزو پروپیل اکریل آمید) با سنتز کردن مونومر اکریل آمید در سال ۱۹۵۶ آغاز می‌شود.[۱۰] در سال ۱۹۵۷ نخستین کاربرد برای پلیمری که بعدها به نام PNIPA شناخته شد در دفع جوندگان معرفی گردید.[۱۱] پس از آن نخستین باری که رفتار منحصر به فرد دمایی PNIPA در محلول‌های آبی گزارش شد سال ۱۹۶۸ بود.[۱۲] در سال ۱۹۸۰ پس از کشف کاربردهای بالقوّهٔ PNIPA در محلول‌های آبی، رشد سریعی در تمایل به این پلیمر ایجاد شد.[۱]

آرایش فضایی و تاثیر آن در آب‌دوستی پلیمر[ویرایش]

رفتار دمایی شگفت‌انگیز و وجود نقطه‌ی LCST در PNIPAM به دلیل وجود گروه‌های عاملی آمید که توانایی تشکیل پیوند هیدروژنی با آب را داراست و همچنین گروه عاملی آب‌گریز ایزوپروپیل می‌باشد. در حقیقت چه در دماهای پایین‌تر از LCST و چه در بالاتر از آن گروه‌های آمید و ایزوپروپیل به ترتیب آب‌دوستی و آب‌گریزی خود را حفظ کرده و رفتار پلیمر در مجاورت آب در این دو محدوده دمایی ناشی از در معرض پیوند قرار گرفتن یا نگرفتن این گروه‌ها بوده و بحث تغییر تعداد گروه‌های عاملی مطرح نیست. در دما‌های پایین‌تر از LCST، گروه عاملی آمید در pnipam شانس بیشتری برای تشکیل پیوند هیدروژنی با آب داشته و به همین علت، پلیمر و آب تشکیل یک سیستم تک فاز را داده که می‌توان نام آبژل بر آن نهاد؛ پس از گذر از این نقطه امّا تغییرات ناگهانی در تعداد پیوندهای هیدروژنی به وجود آمده که باعث متلاشی شدن آبژل و تشکیل فازهای پلیمر و آب به صورت جداگانه می‌شود.[۱۳] از جمله مواردی که بیشترین تاثیر را در احتمال برقراری پیوند هیدروژنی بین pnipam و آب در دماهای کمتر از LCST دارد، آرایش فضایی[1] اتم‌های پلیمر می‌باشد. اتم‌های یک زنجیره‌ی pnipam می‌توانند به دو صورت تک‌آرایش[2]، چندآرایش[3] و یا ترکیبی از واحدهایی با این دو آرایش در فضا قرارگیرند. نتایج مرجع [۱۴] نشان می‌دهد هرچه درصد واحدهای تک‌آرایش در زنجیره بیشتر باشد، آب‌گریزی پلیمر pnipam بیشتر خواهد بود.

[1] Tacticity

[2] Isotactic

[3] Syndiotactic

خواص مکانیکی و راه‌های بهبود آن[ویرایش]

چگالی آبژل‌های پلی (اِن ایزو پروپیل اکریل آمید) اغلب به دلیل نسبت تورم بالا بسیار پایین بوده و به همین علت خواص مکانیکی آن اغلب ضعیف‌تر از نیاز می‌باشد. از آنجایی که بسیاری از کاربردهای پلی (اِن ایزو پروپیل اکریل آمید) در محیط‌های آبی می‌باشد، امروزه از روش‌های گوناگونی جهت بهبود خواص PNIPA استفاده می‌شود که در زیر به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:[۱۵]

پرکردن پلیمر به وسیلهٔ ذرات نانومتری تقویت‌کننده[ویرایش]

یکی از روش‌های مرسوم جهت بهبود خواص PNIPA پرکردن آن به وسیلهٔ تقویت‌کننده‌های نانومتری می‌باشد. به عنوان مثال در[۱۶] خواص آبژل نانوکامپوزیت با افزودن ذرات خاک رس بهبود یافته و به وسیلهٔ تغییر نسبت حجمی این ذرات کنترل شده‌است.

کوپلیمریزاسیون[ویرایش]

کوپلیمریزاسیون یکی از روش‌های بهبود عملکرد آبژل پلی (اِن ایزو پروپیل اکریل آمید) در طیف گسترده‌ای می‌باشد.[۱۲] این طیف می‌تواند شامل زیست‌سازگاری،[۱۷] آزادسازی کنترل‌شدهٔ محلول در نتیجهٔ گذر از LCST,[۱۸] پلیمرهای حساس به تغییرات پی‌اچ[۱۹] و موارد این چنینی باشد.

استفاده از شبکه پلیمری در هم تنیده (IPN)[ویرایش]

از جمله مزّیت‌های استفاده از این روش در مقایسه با روش‌های دیگر نظیر افزایش چگالیِ پیوندهای عرضی، کوپلیمریزاسیون و استفاده از الیاف تقویت‌کننده در بهبود خواص مکانیکی PNIPA می‌توان به عدم اختلال در خواص برجستهٔ فیزیکی - ساختاری پلیمر همچون آب‌دوستی، شفافیت و نفوذپذیری می‌باشد.[۲۰] در مقالات از مواد مختلفی از جمله اکریلیک اسید[۲۱] و پلی ونیل الکل در کنار PNIPA برای تهیهٔ شبکهٔ در هم تنیده استفاده شده‌است.[۲۲]

کاربردهای زیستی[ویرایش]

یکی از کاربردهای پلی (اِن ایزو پروپیل اکریل آمید) به عنوان واحد حساس به دما در پوست مصنوعی چندلایه است که در موارد سوختگی‌های حاد خارجی از آن استفاده می‌شود. زمانی که پوست در شرایط التهاب و عفونت قرار گرفته‌است دمای آن بالا رفته و پلی (اِن ایزو پروپیل اکریل آمید) دو لایهٔ دیگر را که هر کدام در یک طرف خود قرار دارند در کنار هم نگه می‌دارد؛ اما پس از ترمیم پوست و طبیعی شدن دمای آن، خاصیت چسبندگی PNIPA نیز از بین رفته و به این وسیله پوست مصنوعی به راحتی از بدن جدا می‌شود.[۲۳]

پلی (اِن ایزو پروپیل اکریل آمید) همچنین کاربردهای فراوانی در دارورسانی دارد. پایین‌تر از دمای انحلال پذیری بحرانی پایین، پلیمر در آب حل شدنی بوده و آبژلی دارای اتصالات عرضی را تشکیل می‌دهد که قابلیت تورم با نسبت بالا و در نتیجه جذب مقدار بسیار زیادی دارو به صورت محلول را دارد در حالی که بالاتر از این دما آبژل پلیمری دچار فروپاشی شده و دارو را در داخل بدن آزاد می‌کند.[۲۴]

کاربرد دیگر پلی (اِن ایزو پروپیل اکریل آمید) به عنوان سنسور و عملگر در داخل بدن می‌باشد. در حالی که بزرگترین چالش دستگاه‌های فعلی که به عنوان سنسور و عملگر در داخل بدن به کار گرفته می‌شوند زیست سازگاری است، PNIPA می‌تواند بدون نگرانی از سمیت سلولی در بدن کار کند، تغییرات دما در بازهٔ خاصی داخل بدن را به کمک تغییر شکل (فروپاشی آبژل در اثر عبور از نقطهٔ LCST) دریافت کرده و بدین ترتیب با توجه به شرایط طراحی اتصال بین دو نقطه از بدن را قطع یا وصل کند.[۲۵]

منابع[ویرایش]

  1. ↑ ۱٫۰ ۱٫۱ "Poly(N-isopropylacrylamide): experiment, theory and application". Progress in Polymer Science (به انگلیسی). 17 (2): 163–249. 1992-01-01. doi:10.1016/0079-6700(92)90023-R. ISSN 0079-6700.
  2. ↑ Weiss, Philip (1981). "Principles of polymerization, 2nd ed. , George Odian, Wiley-Interscience, New York, 1981, 731 pp". Journal of Polymer Science: Polymer Letters Edition (به انگلیسی). 19 (10): 519–519. doi:10.1002/pol.1981.130191009. ISSN 1543-0472.
  3. ↑ Fan, Yifei; Boulif, Nadia; Picchioni, Francesco (2018-01-19). "Thermo-Responsive Starch-g-(PAM-co-PNIPAM): Controlled Synthesis and Effect of Molecular Components on Solution Rheology". Polymers. 10 (1). doi:10.3390/polym10010092. ISSN 2073-4360. PMC 6414930. PMID 30966130.
  4. ↑ Wei, Hua; Zhang, Xian-Zheng; Chen, Wen-Qin; Cheng, Si-Xue; Zhuo, Ren-Xi (2007). "Self-assembled thermosensitive micelles based on poly(L-lactide-star block-N-isopropylacrylamide) for drug delivery". Journal of Biomedical Materials Research Part A (به انگلیسی). 83A (4): 980–989. doi:10.1002/jbm.a.31295. ISSN 1552-4965.
  5. ↑ «Biomaterials Science - 3rd Edition». www.elsevier.com. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۰۷-۱۳.
  6. ↑ Ohya, Shoji; Nakayama, Yasuhide; Matsuda, Takehisa (2001-09-01). "Thermoresponsive Artificial Extracellular Matrix for Tissue Engineering: Hyaluronic Acid Bioconjugated with Poly(N-isopropylacrylamide) Grafts". Biomacromolecules. 2 (3): 856–863. doi:10.1021/bm010040a. ISSN 1525-7797.
  7. ↑ «Biomaterials Science - 3rd Edition». www.elsevier.com. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۰۷-۱۳.
  8. ↑ Xiong, Wei; Wang, Wei; Wang, Yi; Zhao, Yanbing; Chen, Huabing; Xu, Huibi; Yang, Xiangliang (2011-06-01). "Dual temperature/pH-sensitive drug delivery of poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) nanogels conjugated with doxorubicin for potential application in tumor hyperthermia therapy". Colloids and Surfaces. B, Biointerfaces. 84 (2): 447–453. doi:10.1016/j.colsurfb.2011.01.040. ISSN 1873-4367. PMID 21330116.
  9. ↑ Feng, Hao; Tang, Ni; An, Meng; Guo, Rulei; Ma, Dengke; Yu, Xiaoxiang; Zang, Jianfeng; Yang, Nuo (2019-12-26). "Thermally-Responsive Hydrogels Poly(N-Isopropylacrylamide) as the Thermal Switch". The Journal of Physical Chemistry C. 123 (51): 31003–31010. doi:10.1021/acs.jpcc.9b08594. ISSN 1932-7447.
  10. ↑ «Espacenet - Bibliographic data». worldwide.espacenet.com. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۰۶-۱۲.
  11. ↑ «Espacenet - Bibliographic data». worldwide.espacenet.com. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۰۶-۱۲.
  12. ↑ Heskins, M.; Guillet, J. E. (1968-12-01). "Solution Properties of Poly(N-isopropylacrylamide)". Journal of Macromolecular Science: Part A - Chemistry. 2 (8): 1441–1455. doi:10.1080/10601326808051910. ISSN 0022-233X.
  13. ↑ Alaghemandi, Mohammad; Spohr, Eckhard (2013-02-18). "A molecular dynamics study of poly(N-isopropylacrylamide) endgrafted on a model cylindrical pore surface". RSC Advances (به انگلیسی). 3 (11): 3638–3647. doi:10.1039/C3RA22266G. ISSN 2046-2069.
  14. ↑ Chiessi, Ester; Paradossi, Gaio (2016-04-21). "Influence of Tacticity on Hydrophobicity of Poly(N-isopropylacrylamide): A Single Chain Molecular Dynamics Simulation Study". The Journal of Physical Chemistry. B. 120 (15): 3765–3776. doi:10.1021/acs.jpcb.6b01339. ISSN 1520-5207. PMID 27031404.
  15. ↑ Haq, M. A.; Su, Yunlan; Wang, Dujing (2017). "Mechanical properties of PNIPAM based hydrogels: A review". Materials science & engineering. C, Materials for biological applications. doi:10.1016/j.msec.2016.09.081.
  16. ↑ Haraguchi, Kazutoshi; Takehisa, Toru; Fan, Simon (2002-12-01). "Effects of Clay Content on the Properties of Nanocomposite Hydrogels Composed of Poly(N-isopropylacrylamide) and Clay". Macromolecules. 35 (27): 10162–10171. doi:10.1021/ma021301r. ISSN 0024-9297.
  17. ↑ Wang, Leli; Wu, Ying; Men, Yongjun; Shen, Jianan; Liu, Zhengping (2015). "Thermal-sensitive Starch-g-PNIPAM prepared by Cu(0) catalyzed SET-LRP at molecular level". RSC Advances. 5 (87): 70758–70765. doi:10.1039/c5ra14765d. ISSN 2046-2069.
  18. ↑ Kim, Mi Hee; Kim, Jin-Chul; Lee, Hyeon Yong; Kim, Jong Dai; Yang, Jae Ho (2005-11-25). "Release property of temperature-sensitive alginate beads containing poly(N-isopropylacrylamide)". Colloids and Surfaces. B, Biointerfaces. 46 (1): 57–61. doi:10.1016/j.colsurfb.2005.09.002. ISSN 0927-7765. PMID 16242925.
  19. ↑ Xiong, Wei; Wang, Wei; Wang, Yi; Zhao, Yanbing; Chen, Huabing; Xu, Huibi; Yang, Xiangliang (2011-06-01). "Dual temperature/pH-sensitive drug delivery of poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) nanogels conjugated with doxorubicin for potential application in tumor hyperthermia therapy". Colloids and Surfaces. B, Biointerfaces. 84 (2): 447–453. doi:10.1016/j.colsurfb.2011.01.040. ISSN 1873-4367. PMID 21330116.
  20. ↑ Myung, David; Waters, Dale; Wiseman, Meredith; Duhamel, Pierre-Emile; Noolandi, Jaan; Ta, Christopher N.; Frank, Curtis W. (2008). "Progress in the development of interpenetrating polymer network hydrogels". Polymers for Advanced Technologies. 19 (6): 647–657. doi:10.1002/pat.1134. ISSN 1042-7147.
  21. ↑ Ilmain, F.; Tanaka, T.; Kokufuta, E. (1991). "Volume transition in a gel driven by hydrogen bonding". Nature. doi:10.1038/349400A0.
  22. ↑ Zhang, Jian-Tao; Cheng, Si-Xue; Zhuo, Ren-Xi (2003-02-01). "Poly(vinyl alcohol)/poly(N-isopropylacrylamide) semi-interpenetrating polymer network hydrogels with rapid response to temperature changes". Colloid and Polymer Science. 281 (6): 580–583. doi:10.1007/s00396-002-0829-2. ISSN 0303-402X.
  23. ↑ Lin, F. -H.; Tsai, J. -C.; Chen, T. -M.; Chen, K. -S.; Yang, J. -M.; Kang, P. -L.; Wu, T. -H. (2007). "Fabrication and evaluation of auto-stripped tri-layer wound dressing for extensive burn injury". Materials Chemistry and Physics (به انگلیسی). 102 (2–3): 152–158. doi:10.1016/j.matchemphys.2006.11.017. ISSN 0254-0584.
  24. ↑ «Biomaterials Science - 3rd Edition». www.elsevier.com. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۰۶-۱۲.
  25. ↑ خطای یادکرد: خطای یادکرد:برچسب <ref>‎ غیرمجاز؛ متنی برای یادکردهای با نام :2 وارد نشده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=پلی(ان-ایزوپروپیل‌اکریل‌آمید)&oldid=36789810»