Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education Library
Materials Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 

ヒドロゲル合成

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

ヒドロゲルは架橋ポリマーの汎用性の高いクラスであり、一般的に安価な材料を使用して比較的簡単な手順で製造されます。それらは液体吸収剤、センサー、消費者製品および薬物配達のために一般的に使用される。ヒドロゲルは溶液から形成することができ、開始剤を作り、ポリマー骨格を形成するために反応性を作る。架橋種は、次にポリマー鎖を結合します。これらの材料の重要な側面は、水の存在下で彼らは膨らむということです。しかし、この応答は、静脈、PHまたは他の信号の機能として腫脹を高めるためにさらに調整することができます。ヒドロゲルは、柔軟性、高吸光度、透明性、断熱性などの有用な特性の範囲で、水性または乾燥した環境で使用することができます。このビデオでは、ヒドロゲルの合成と特性評価について説明します。

ヒドロゲルは、水中で何百倍もの重量を吸収することができます。水が架橋ポリマーネットワークに入ると、ポリマー骨格上の親水性、イオン性、または両方の種を可溶化します。水分子は可溶化基よりも大きい。このため、ネットワーク内に存在するとヒドロゲルが膨らむ。ポリマーバックボーンを接続する架橋は溶解または破壊を防ぎます。ヒドロゲル合成は、これらの架橋された高分子材料を製造する技術である。これは簡単な手順ですが、有毒で可燃性の両方の化学物質を含むため、細心の注意と予防措置が必要です。プレゲル成分を使用して、ヒドロゲルはフリーラジカル重合を介して作ることができます。1 つの方法は、フリー ラジカル イニシエーターとして DMPAP から始まります。

DMPAP中の炭素炭素結合は、紫外線によって切断され、各炭素原子にフリーラジカルと呼ばれる非対極で反応性の高い電子を形成する。フリーラジカルはHEMAの炭素炭素二重結合と反応し、最後にフリーラジカルを有するプロポジティングチェーンを形成する。骨格から外れるヒドロキサル群は水に溶け込み、水が存在すると架橋ネットワークが膨らむ原因となる。ラジカルはまた、化学架橋剤であるTEGDMAの2つの炭素炭素二重結合と反応する。これにより、バックボーン チェーンがリンクされます。フリーラジカルが消費された場合、または完全に反応した場合、ヒドロゲル合成は完了する。腫脹は、乾燥、水和、およびポリマーの再乾燥によって評価することができる。次のセクションでは、このフリーラジカル重合法を用いてヒドロゲルを合成・特徴付けます。

ヒドロゲル合成を開始する前に、必要な材料や化学物質を収集します。以前に組み立てた合成金型内のガラススライドは数ミリメートルずつオフセットされ、プレゲル溶液を金型に配管するためのチャネルを作成する。このプロセスは、有毒で可燃性の両方である化学物質を含むので、すべての作業は、煙の中で適切な個人的な保護装置で行われるべきです。まず、1000マイクロリットル試験管に0.0012モルパーセントDMPAPを追加します。次に、毎回新しいピペットを使用して 21.2121 モルパーセント HEMA を追加し、次に 3.0303 モルパーセント TEGDMA を試験管に追加します。均質な溶液が得られるまで、渦機を使用して溶液を混合します。色素BCPにスパチュラを浸し、溶媒エチレングリコールの75.7576モルパーセントを使用して溶液にすすします。

色素が完全に溶解し、溶液が均質になるまで、渦機を使用して溶液を混合します。この顔料は透明なヒドロゲルを見えるようにするために使用され、溶媒はフリーラジカル開始剤を溶解し、ヒドロゲルを柔軟に保ちます。合成金型のオフセットエッジに位置合わせされたマイクロピペットを使用して、溶液を金型に堆積させます。プレゲル溶液を金型の中心に均一に注入します。充填金型をUV発光懐中電灯の下に5センチ下に置き、金型を1分間照射します。ライトから金型を取り出し、分解してガラススライドからヒドロゲルを取り除きます。

完全にネットワーク化された場合、ヒドロゲルはゼリー状の一貫性を持つゴム固体でなければなりません。ヒドロゲルの両面を脱イオン水ですすいで、未反応の化学種やポリギマーを製品から除去します。1.5と5分のUV光露光時間でこの手順を繰り返して、合計3つのヒドロゲルを生成します。

完成したヒドロゲルをイソプロピルアルコールを入した容器に1~2時間沈めます。アルコールはヒドロゲル中のエチレングリコールを置き換え、その構造を維持しながら迅速に乾燥することができます。アルコールからヒドロゲルを取り出し、約30分間開いたまま乾燥させます。乾燥した各ヒドロゲルの重量を計量し、記録する。完全に膨潤するまで脱イオン水にヒドロゲルを沈めます。水からジェルを取り出し、軽く拭いて乾かします。膨潤したヒドロゲルの重量を計量し、記録する。腫れたヒドロゲル、Ws、および乾燥ヒドロゲルWdの重量を使用して、腫脹度を計算します。

腫れの程度は、1分間のサンプルでは約136%、1.5分サンプルでは387%、5分間のサンプルでは81%であることが判明した。これらの結果は、最も長い紫外線暴露時間では、腫れが少ないことを示している。紫外線暴露の増加に伴うポリマー分子間のより多くのリンクの形成に起因して、ポリマー鎖上のより多くの弾性拘束力があった。その結果、より多くの架橋が、より少ない架橋を持つヒドロゲルが膨張した。

ヒドロゲルの合成と特徴付けの方法を理解した今、日常の製品でどのように使用されているかを見てみましょう。病院パッド、女性用衛生パッド、おむつなどの消費者製品には、最も一般的な超吸収性ポリマーの1つが含まれています。このヒドロゲルは、その重量の800倍まで流体を吸収するために膨らむことができ、メーカーはスリムで快適な製品を作成することができます。このビデオで合成されたヒドロゲルは、芝生のスプリンクラーのセンサーとして使用されます。センサーは、スプリンクラーのシャットオフをトリガーするまで、芝生が水をまいている間、土壌と接触し、膨らみます。

ジョーブのヒドロゲル合成の紹介を見たばかりです。ヒドロゲルがどのように合成され、特徴付けられているかを理解する必要があります。見てくれてありがとう。

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter