پلی الکترولیت

 

خلاصه پلی الکترولیت

مجتمع های پلی الکترولیت استوکیومتری (PECs) از پلی الکترولیت های قوی پلی (استایرن سولفونات) (PSS) و پلی (دی آلیل دی متیل آمونیوم) (PDADMA) جدا شدند و در KBr آبی حل شدند. آب برای رقیق شدن نمک اضافه شد و به پلی الکترولیت ها اجازه داد تا دوباره با هم ترکیب شوند. پس از تعادل مناسب، این مخلوط‌ها ترکیباتی را ایجاد کردند که با افزایش [KBr] کمپلکس‌ها (جامد) تا کواسروات‌ها (مایع الاستیک) تا محلول‌های محلول را در بر می‌گرفت. این ترکیبات توسط نمودار فاز پلیمر/آب/نمک سه تایی تعریف شدند. برای coacervates، جداسازی میکروفاز گذرا را می توان با یک انحراف کوچک از دمای تعادل القا کرد. مرز بین حالت های پیچیده و coacervate توسط نقطه متقاطع بین از دست دادن و مدول ذخیره سازی تعریف شد. یون‌های نمک درون کمپلکس/کواسروات به‌عنوان یون جفت‌شده با پلی‌الکترولیت‌ها («دوپینگ») یا غیر مرتبط شناسایی شدند. کسری از پیوندهای عرضی جفت یونی بین پلی الکترولیت ها به عنوان تابعی از غلظت KBr برای محاسبه ویسکوزیته با استفاده از مدلی از reptation “چسبنده” استفاده شد.

معرفی

ماکرومولکول‌های دارای بار مخالف از محلول متراکم می‌شوند تا طیف جالبی از ماده نرم را تولید کنند. (1، 2) پلی الکترولیت های مصنوعی عمدتاً به جفت یونی بین بارهای مخالف برای مرتبط شدن متکی هستند، در حالی که پلیمرهای زیستی اغلب نیروهای محرکه اضافی مانند پیوند هیدروژنی و نیروهای آبگریز را در اختیار دارند. (3، 4)
مورفولوژی پلی الکترولیت های مرتبط به طور گسترده ای متفاوت است، بسته به تعادل آب، پلیمر و یون های نمک در مجموعه. (5) تحقیقات بر روی پلی الکترولیت های مرتبط از نظر تاریخی بر دو مورفولوژی کم تعریف شده متمرکز شده است. برای ساختن به اصطلاح “کمپلکس های پلی الکترولیت”، PECOX، محلول های پلی آنیون ها و پلی کاتیون ها معمولاً مخلوط می شوند تا رسوبات متراکمی تولید کنند. (6-9) پس از حذف آب حباب شده، (5) مجتمع های مرطوب بسته به محتوای نمک آنها سفت یا لاستیکی هستند. (2) کاربردهای پیشنهادی آنها از خواص جامد مانند آنها ناشی می شود. در مقابل، “کواسروات های پلی الکترولیت”، PECOV، که “کواسروات های پیچیده پلی الکترولیت” نیز نامیده می شود، پلی الکترولیت های مرتبط با خواص بیشتر مایع مانند هستند. (10-12) جالب توجه است که تحقیقات روی این دو مورفولوژی پلی الکترولیت های مرتبط مسیرهای موازی اما متمایز را با تلاش کمی برای بررسی مشترکات بین آنها دنبال کرده است.
اصطلاح coacervate به طور گسترده برای توصیف یک مخلوط محلول جدا شده از فاز استفاده می شود که در آن حداقل دو فاز وجود دارد: یکی غنی و دیگری فقیر در یک جزء خاص. (13-15) کواسروات کمپلکس پلی الکترولیت توسط Bungenberg de Jong و Kruyt برای تمایز همسرویسی بین دو پلی الکترولیت از بین یک پلی الکترولیت و یک مولکول کوچک یا کلوئید به این نام خوانده شد. (16) علاقه به کواسروات های کمپلکس پلی الکترولیت اخیراً با این یافته که آنها توسط ارگانیسم های طبیعی مانند کرم لوله ای، صدف، و کرم قلعه شنی تولید می شوند تحریک شده است. (4، 17) به عنوان مثال، کرم قلعه شنی برای محافظت فیزیکی، شن و ماسه و صدف دریایی را به هم متصل می کند. (17) کاربردهای زیست پزشکی برای کواسروات ها شامل پیوند بافت عمیق یا تثبیت استخوان، (18) پوشش داربست، (19) سیمان استخوان، (4، 18) مدل های پروتوسل بدون غشاء، (20، 21) و مواد کپسوله کننده دارو است. (22)

علاقه به مجتمع های پلی الکترولیت با معرفی پلیمرهای مصنوعی افزایش یافت.

(23) مایکلز و همکاران. در اکتشاف اولیه ویژگی‌های PEC پیشگام بودند و تأثیر متقابل بین غلظت نمک، اصلاح‌کننده آلی و غلظت پلیمر را در نمودارهای فاز سه‌گانه نشان دادند. (2، 24) کاربردهای پیشنهادی (2) شامل غشاهایی برای اولترافیلتراسیون، جداکننده های باتری و سلول سوختی، پوشش های رسانا، ایمپلنت های پزشکی و لنزهای تماسی، و حسگرهای شیمیایی بود. برخلاف کواسروات‌ها، کمپلکس‌های پلی‌الکترولیت غیرقابل حل هستند، زیرا نمی‌توان آن‌ها را به شکل جامد ذوب یا پردازش کرد. (1، 2، 24) PECOX ها انگ “غیر قابل پردازش” بودن را متحمل شدند تا اینکه گروه Decher عصر مدرن رسوب لایه به لایه پلی الکترولیت ها را معرفی کرد و کاربردهای فراوانی را برای PECOX در مورفولوژی فیلم فوق نازک به همراه داشت. (25-27) یافته اخیر ما مبنی بر اینکه PECOX ممکن است در محصولات بزرگ اکسترود شود در صورتی که به اندازه کافی با نمک و آب پلاستیک شوند (“سالو پلاستیسیته”) بعد پردازش دیگری را معرفی کرده است. (28، 29)
از آنجا که ترکیب PECOX ها از پلی الکترولیت های مصنوعی تعریف و کنترل شده است، آنها بر خلاف کواسروات ها به خوبی درک می شوند، شاید به این دلیل که برخی از کواسروات های بهتر مورد مطالعه شامل پلیمرهای زیستی پیچیده مانند پروتئین ها هستند. (10، 22، 30-32) اکنون مشخص شده است که تمام خواص PECOX در تماس با محلول های آبی توسط محتوای نمک و آب آنها کنترل می شود. واحد بنیادی برهمکنش در یک PEC جفت یونی Pol + Pol بین دو واحد مونومر باردار است. این فعل و انفعالات با افزودن نمک شکسته می شوند و جبران بار “ذاتی” را به “خارجی” تبدیل می کنند، جایی که بخش های پلی الکترولیت با یون های ضد نمک، M + و A . (28، 33، 34) پلی الکترولیت(1)
“سطح دوپینگ” y ، کسری از پلی الکترولیت است که توسط یون های متقابل جبران می شود: (2) تشخیص اینکه [Pol + A ] = [Pol M + ]. یک مثال خوب از ویژگی‌های کنترل‌شده نمک در PECOX، وابستگی شدید مدول حجیم به چگالی + Pol است جفت‌های (35) زیرا آنها پیوندهای متقاطع فیزیکی هستند که می‌توانند توسط نمک شکسته شوند.
فشار دادن نمک “دوپینگ” نشان داده شده در معادله 1 تا حد زیادی باعث شکسته شدن جفت یون های بیشتر و بیشتر شده و در نهایت زنجیره های پلی الکترولیت را به طور کامل از یکدیگر جدا می کند. (36-38) درست قبل از این نقطه تفکیک بحرانی، پلی الکترولیت ها باید به شدت سست مرتبط شوند. هدف از این کار بررسی خواص این PEC های ضعیف مرتبط است، که در واقع کواسروات هستند و با نمک، کل طیف پلی الکترولیت های مرتبط مشابه را از کمپلکس به کواسروات متصل می کنند. تلاش برای تعریف مرزی بین دو حالت با استفاده از ترکیب و خواص انجام شده است.

روشهای تجربی

بخش های مقاله

پرش به

مواد

پلی (اسید 4-استایرن سولفونیک، نمک سدیم) (AkzoNobel، VERSA TL130، جرم مولی حدود 200 000 گرم در مول -1 ) و پلی (دی آلیل دی متیل آمونیوم کلرید) (Ondeo-Nalco، SD 46104، جرم مولی حدود 40000 گرم مولی ) 1 ) به عنوان دریافت استفاده شد. تمام محلول های نمک با استفاده از آب دیونیزه (18 MΩ Barnstead، E-pure) تهیه شد.

PEC های استوکیومتری

محلول های منفرد PSSNa و PDADMAC در غلظت 0.125 مولار با توجه به واحدهای مونومر خود تهیه و با چند قطره 0.1 مولار NaOH یا HCl خنثی شدند. غلظت نمک در این محلول ها با افزودن NaCl به 0.25 مولار تنظیم شد. PEC با مخلوط کردن همزمان مقادیر استوکیومتری هر دو محلول در یک بشر بزرگ و تحت هم زدن رسوب داده شد. (28) پس از هم زدن به مدت 30 دقیقه، رسوب تخلیه شد، در 1.0 مولار NaCl شستشو داده شد، و به حدود خرد شد. قطعات 1 سانتی متری قطعات PEC در آب خیسانده شدند، که هر 12 ساعت تا زمانی که رسانایی الکتریکی شستشوی آب به زیر 3 میکروS سانتی‌متر برود، تغییر می‌کرد . بنابراین حذف کامل نمک با شستشو در کارهای قبلی با استفاده از 22 Na + . (39) PEC برای حدوداً خشک شد. 24 ساعت در 120 درجه سانتیگراد تا وزن ثابت. در نهایت، PEC خشک به صورت پودر آسیاب شد و در یک خشک کن نگهداری شد. نمونه‌های کواسروات معمولاً با حل کردن 1.50 گرم از پودر PEC در V 1 میلی لیتر محلول 2.50 مولار KBr تهیه می‌شوند (جدول 1 ). پس از حل شدن کامل PEC، V 2 میلی لیتر آب (جدول 1 ) به صورت قطره ای با هم زدن شدید به محلول PEC/KBr اضافه شد. در اینجا V 1 + V 2 = 15 میلی لیتر. غلظت نهایی PEC و KBr پس از تشکیل دو فاز پایدار اندازه‌گیری شد. این فرآیند، که روش “به عقب” نامیده می شود (از آنجایی که ما با محلولی از PEC محلول و رقیق شده برای کاهش [نمک] شروع می کنیم)، آماده سازی کواسروات ها، به ویژه آنهایی که [KBr] نسبتاً پایینی دارند، سرعت می بخشد.

روش ها و تجهیزات

برای تعیین پلیمر و محتوای نمک PEC ها، آنالیز وزنی حرارتی (TGA) با یک SDT Q600 TGA از TA Instruments با نرخ گرمایش 20 درجه سانتیگراد در دقیقه از دمای اتاق تا 100 درجه سانتیگراد، همدما در 100 درجه انجام شد. C به مدت 60 دقیقه برای حذف بیشتر آب در نمونه ها، به دنبال آن نرخ گرمایش 10 درجه سانتیگراد در دقیقه -1 از 100 تا 700 درجه سانتیگراد. تجزیه و تحلیل مکانیکی با یک رئومتر RheoStress 300 با دمای کنترل شده در یک مخروط/صفحه (صفحه تیتانیوم C35/2Ti با مخروط 2 درجه و قطر 35 میلی متر) یا یک صفحه موازی (ورق فولادی ضد زنگ نوع PP20 با قطر 20 میلی متر) انجام شد. ) پیکربندی سطح صفحه موازی با سندبلاست زبر شد تا لغزش نمونه به حداقل برسد (زبری حدود 15 میکرومتر). نمونه‌های ژل‌مانند 15 درصد فشرده شدند و آزمایش‌های برشی نوسانی دینامیکی با دمای تنظیم شده روی 0.1 ± 20.0 درجه سانتی‌گراد و تنش برشی نوسانی 25 Pa در محدوده فرکانس 0.1 تا 100 هرتز برای نمونه‌هایی با غلظت KBr مختلف انجام شد. . پارامترهای دیگر عبارتند از: تعادل حرارتی 300 ثانیه، زمان تاخیر 1 ثانیه و شش اندازه گیری برای هر نقطه داده. پارامترهای فوق امکان اندازه گیری مدول ذخیره سازی ( G ′)، مدول اتلاف ( G ″)، و ویسکوزیته، η.
غلظت KBr در فاز رقیق و محلول یکنواخت نیز دقیقاً با هدایت اندازه‌گیری شد. نمونه‌های رسانایی با مخلوط کردن 50 میکرولیتر محلول فاز رقیق (یا محلول یکنواخت) در 15 میلی‌لیتر آب به مدت حداقل 24 ساعت و اطمینان از آزاد شدن کامل KBr آماده شدند. رسانایی در یک سلول ترموستات در دمای 0.1 ± 25.0 درجه سانتی گراد مجهز به یک نوار همزن و یک الکترود رسانایی چهار پروب (اوریون 3 ستاره، Thermo Scientific) اندازه گیری شد. رسانایی هر 30 ثانیه تا رسیدن به یک فلات ثبت شد. منحنی استاندارد [KBr] برای تبدیل هدایت به غلظت استفاده شد.
نمونه‌های فیبر همگن برای دوپینگ PECOX به روش اکستروژن تهیه شد. (28) پس از دو اکستروژن متوالی، PEC های اکسترود شده استوکیومتری (1:1 PSS:PDADMA) (exPECs) در 1.5 مولار NaCl به مدت 24 ساعت آنیل شدند، سپس در آب اضافی خیس شدند تا همه یون ها حذف شوند. میله های exPEC به نمونه هایی به طول تقریبی 2 سانتی متر بریده شدند، با دستمال کاغذی خشک شدند و به طور جداگانه در محلول هایی با غلظت های مختلف KBr غوطه ور شدند. هر نمونه در دمای اتاق (2 ± 23 درجه سانتیگراد) به مدت حداقل 24 ساعت اجازه داده شد تا به حالت تعادل برسد. PEC ها پاک شدند و سپس در 50 میلی لیتر آب ریخته شدند تا نمک آزاد شود. مقادیر رسانایی فلات آب به مقدار KBr آزاد شده ترجمه شد. پس از آزادسازی کامل نمک، exPEC ها در دمای 120 درجه سانتی گراد به مدت 6 ساعت خشک شدند تا جرم خشک کمپلکس به دست آید.

از طیف‌سنجی پروتون NMR (طیف‌سنج Bruker Avance 600 MHz) برای اندازه‌گیری نسبت PSS به PDADMA در کواسروات PEC به شرح زیر استفاده شد:

فاز رقیق یا غلیظ نمونه‌های کواسروات حاوی حدود. 30 میلی گرم PEC در دمای 120 درجه سانتی گراد خشک شد تا آب به طور کامل حذف شود. نمونه های خشک شده با KBr بارگیری شده سپس در 0.8 میلی لیتر D 2 O یا 2.5 M KBr در D 2 O حل شدند. در برخی از نمونه ها، D 2 O اضافی برای حل کردن کل KBr مورد نیاز بود. برای کالیبراسیون، طیف مخلوط مقادیر شناخته شده PSS و PDADMA در 2.5 M KBr تحت شرایط مشابه ثبت شد.
برای تصویربرداری، نمونه‌های coacervate بین یک پوشش و یک لام میکروسکوپ مهر و موم شدند و با میکروسکوپ معکوس Nikon Eclipse Ti مجهز به دوربین Photometrics Cool Snap HQ2 و نرم‌افزار NIS Elements AR 3.0 تصویربرداری شدند. تصاویر کنتراست تداخل دیفرانسیل (DIC) با بزرگنمایی 100× یا 200× به دست آمد. تصاویر فلورسانس با استفاده از تحریک در 450-490 نانومتر و انتشار در 500-550 نانومتر به دست آمد. کدورت در 500 نانومتر از هر دو فاز رقیق و متمرکز نمونه‌های کواسروات با طیف‌سنج کری 100 Bio UV-vis با کنترل دما اندازه‌گیری شد. یک رمپ گرمایش/خنک کننده 0.1 درجه سانتی گراد در دقیقه -1 استفاده شد.

نتایج و بحث

بخش های مقاله

پرش به
در حالی که رسوبات PSS و PDADMAC دارای قوام معمولی “کشک پنیر دلمه” در بسیاری از PECOX بودند، اشکال اکسترود شده سخت و متراکم بودند، با مدول ها به 15 مگاپاسکال در هنگام خیس شدن. (28) ماده اولیه برای کواسروات ها استوکیومتری، کمپلکس پودری خشک بود. NaCl باقیمانده قبل از استفاده از این ماده شسته شد. در کار حاضر، خواص مواد همیشه با PECOX یا PECOV در تماس با محلول نمک اندازه‌گیری می‌شد و از محتوای تعادلی آب و نمک، که هر دو برای خواص حیاتی هستند، اطمینان حاصل کرد. (40) اصطلاح PEC در اینجا برای اشاره به تمام اجزای کمپلکس های پلی الکترولیت هیدراته مرتبط، چه در مورفولوژی PECOX یا PECOV استفاده می شود. اصطلاح PE فقط به ترکیبات پلی الکترولیت اشاره دارد.
افزایش غلظت نمک منجر به افزایش محتوای نمک و آب در PEC می شود. در همان زمان، جفت یون های پلیمری شکسته می شوند. دگرگونی کلی در طرح 1 ، که با PEC غیرقابل استفاده غوطه ور در آب شروع می شود. PEC اصلاح نشده فاقد یون نمک و حدود 38 درصد وزنی آب است که نشان دهنده حدود ده مولکول آب است که هر + Pol جفت یون (28) نمک اضافه شده به محلول باعث افزایش دوپینگ یونها در PEC می شود (معادل 1 ) و آب اضافی را وارد می کند. در این مرحله، هر یون نمک با یک قطعه پلی الکترولیت جفت می شود و یک جفت یون را می شکند. در غلظت نمک بالاتر، چگالی اتصال عرضی بسیار کمتر می شود و برخی از یون های موجود در PEC به طور خاص با پلی الکترولیت مرتبط نیستند. در مرحله آخر، هر جفت یون پلیمر/پلیمر شکسته می شود، زنجیره ها جدا می شوند و PEC حل می شود.

طرح 1

طرح 1. تصویری از اثر نمک اضافه شده (افزایش از چپ به راست) بر ریزساختارهای PEC جامد (بدون مصرف)، جامد (دوپ شده)، کواسروات، و محلول a

طرح الف همه مراحل برگشت پذیر هستند و همه ترکیبات در تعادل هستند.

 

در این تحقیق از نمک آشوب‌گردان KBr برای دوپ کردن PEC استفاده شد. KBr ثابت دوپینگ بالاتری نسبت به NaCl دارد. با ضریب انتشار در حدود 10-6 cm 2 s -1 یک ساعت طول می کشد تا به تعادل دوپینگ برای فیبر PEC با قطر 1 میلی متر در [KBr] < 1.3 M، (39) برسد، در حالی که روزها طول می کشد. چند هفته برای دستیابی به یک ترکیب کواسروات پایدار با شروع PEC خشک. به عنوان جایگزینی برای افزودن غلظت نمک مورد نظر برای رسیدن به ترکیب نهایی کمپلکس یا کواسروات، KBr کافی برای حل کامل PEC اضافه شد، سپس آب به محلول اضافه شد تا نمک تا غلظت نهایی رقیق شود. این روش “عقب” با سرعت بیشتری (ظاهرا) PEC را نسبت به روش “به جلو” متعادل می کند (به اطلاعات پشتیبانی ، شکل S1 مراجعه کنید). در یک تیمار نهایی با هدف به دست آوردن ترکیبات تعادلی واقعی، نمونه ها در دمای 60 درجه سانتیگراد به مدت 3 ساعت گرم شدند و سپس به مدت چند روز در دمای اتاق تثبیت شدند.
شکل 1 ظاهر مواد متعادل را نشان می دهد که با مقدار ثابتی از PEC خشک بدون نمک شروع می شود. افزودن 2.5 M KBr PEC را منحل کرد. سپس غلظت نهایی نمک با افزودن حجم های مختلف آب، که در جدول 1 . پس از “بازپخت” در دمای 60 درجه سانتیگراد و خنک شدن تا دمای اتاق، طیف واضحی از رفتارهای جداسازی فاز مشاهده شد. PEC در غلظت‌های پایین‌تر نمک ظاهر PECOX جامد متعادل شده در نمک را به خود گرفت که نسبتاً مات بود و قوام یک لاستیک بسیار نرم را داشت. KBr اضافی منجر به افزایش قابل توجهی در حجم PEC شد، پس از آن فاز متراکم یا غنی از پلیمر شفاف شد و قوام سیال یک PECOV را به خود گرفت. نسبت فاز غنی از پلیمر به فاز فقیر از پلیمر افزایش یافت تا زمانی که در حدود 1.80 مولار KBr، یک فاز منفرد به دست آمد.
در همه موارد، شرایط نزدیک به تعادل با این واقعیت نشان داده شد که ترکیبات تقریباً یکسان هستند، چه در جهت “به جلو” یا “عقب” نزدیک شوند. علاوه بر این، در حالت تعادل، ویسکوزیته، که به ترکیب بسیار حساس است (به زیر مراجعه کنید) ثابت باقی ماند. جداسازی فاز در دمای اتاق از نمونه PEC 1.33 تا PEC 1.69 (زیرنویس ها [KBr] را در فاز رقیق نشان می دهند). مرزهای فاز توسعه‌یافته به وضوح برای نمونه‌های با [KBr] کمتر (به عنوان مثال، چندین هفته برای PEC 1.33 و تنها حدود 2 روز برای PEC 1.69 ) به دلیل ویسکوزیته بالاتر فازهای coacervate در [KBr] پایین‌تر طول کشید. جداسازی فاز PEC 1.73 و PEC 1.78 تنها پس از بازپخت در دماهای بالاتر و خنک شدن مجدد به دمای اتاق مشاهده شد.

از نظر کیفی، می توان نتیجه گرفت که طیف گسترده ای از فضای فاز PEC ممکن است به سادگی با افزودن یک نمک قابل دسترسی باشد،

همانطور که برای چندین دهه شناخته شده است. (6) تنها نقطه ای که می توان آن را انتقال فاز واقعی نامگذاری کرد، نقطه انحلال است. در PECهای واقعاً محلول، زنجیره‌های پلیمری مجزا احتمالاً از یکدیگر جدا می‌شوند، که به غلظت نمک بالایی نیاز دارد. غلظت بحرانی نمک برای انحلال، [نمک] c ، به تعدادی از عوامل بستگی دارد، اما عمدتاً به هویت جفت پلی الکترولیت، نوع نمک و حلال بستگی دارد. به طور خاص، PEC هایی که راحت تر دوپ می شوند (معادل 1 )، و نمک هایی که به طور موثرتر دوپ می شوند (رده بندی شده بر اساس سری Hofmeister (41) [نمک] کمتری دارند c . معمولاً ممکن است یک اصلاح کننده آلی برای تقویت دوپینگ توسط یک نمک خاص اضافه شود. مایکلز چنین حلال های سه تایی را برای تولید محلول های PEC محلول توصیف کرد. (2، 24) در مورد حاضر، انتخاب PSS و PDADMA طیف رفتارهای PECOX → PECOV → با نمک دوپینگ مناسب “قوی” مانند KBr را بدون توسل به اصلاح کننده های آلی به دست می دهد. یکی از ویژگی های اساسی KBr این است که هیچ یک از اجزای PSS یا PDADMA را تا غلظت های مورد استفاده در اینجا رسوب نمی دهد.

شکل 1

شکل 1. عکس های (الف) نمونه های کواسروات PSS/PDADMA (< 1.80 M KBr) و محلول های یکنواخت (> 1.80 M KBr) که به مدت 30 روز ذخیره شده اند و (ب) نمونه ها 10 روز پس از بازپخت به مدت حدود 3 ساعت در 60 درجه سانتیگراد و تا دمای اتاق خنک شود. اعداد [KBr] هر نمونه هستند.

جدول 1. اجزای هر ویال در شکل 1 و غلظت KBr مربوطه
نمونه های الف PEC b (g) 2.5 M KBr (mL) H 2 O (mL) [KBr] c (M)
PEC 1.33 1.5 8.4 6.6 1.33
PEC 1.43 1.5 9.0 6.0 1.43
PEC 1.46 1.5 9.3 5.7 1.46
PEC 1.51 1.5 9.6 5.4 1.51
PEC 1.56 1.5 9.9 5.1 1.56
PEC 1.60 1.5 10.2 4.8 1.60
PEC 1.65 1.5 10.5 4.5 1.65
PEC 1.69 1.5 10.8 4.2 1.69
PEC 1.73 1.5 11.1 3.9 1.73
PEC 1.78 1.5 11.4 3.6 1.78
PEC 1.84 1.5 11.7 3.3 1.84
PEC 1.88 1.5 12.0 3.0 1.88

آ

[KBr] توسط زیرنویس ها نشان داده می شود.

ب

خشک، بدون نمک، استوکیومتری.

ج

[KBr] فهرست شده در اینجا [KBr] در فاز رقیق است.

جداسازی فاز برای PECOX جامد نسبت به PECOV مایع مانند جذاب تر است. در واقع، خواص مایع مانند کواسروات ها می تواند کار را در مقیاس بزرگ تسهیل کند. (3، 10) جداسازی فازها در دو مقیاس مشاهده می‌شود: جداسازی ماکروفاز با دو فاز کاملاً مشخص شده همانطور که در شکل مشاهده (PEC 1.33 1 1.78 ). جداسازی میکروفاز توسط کدورت در هر یک از دو ماکروفاز آشکار می شود. برای ترکیب فعلی پلی‌الکترولیت‌ها، معلوم می‌شود که اکثر ترکیبات PECOVS در آستانه جداسازی میکروفاز هستند، که به صورت قطرات میکروسکوپی در یک پس‌زمینه پیوسته دیده می‌شود.
جداسازی میکروفاز با تغییر دما از دمای تعادل القا می شود. نمونه ای در شکل 2 که ریزنگاره های دو ماکروفاز را از PEC 1.69 . به محض اینکه دما چند درجه افزایش یابد (توسط لامپ که نمونه را روشن می کند)، قطرات میکروفاز در هر دو فاز ظاهر می شوند. با بهره‌گیری از فلورسانس (ضعیف) جزء PSS، مشاهده می‌شود که در هنگام گرم کردن، ماکروفاز غنی از PE حاوی ریز قطرات PE ضعیف است (فلورسانس کمتر است) و ماکروفاز ضعیف حاوی ریزقطره‌های غنی از PE است. این بدان معنی است که دو گره به فاز کواسروات متمرکزتر و فاز رقیق رقیق تر تغییر می کند.

شکل 2

پلی الکترولیت

شکل 2. جداسازی میکروفاز PEC 1.69 با میکروسکوپ در حالت های DIC (سمت چپ) و فلورسانس (راست) فاز کواسروات (a, b) و فاز رقیق (c, d) نشان داده شده است که بالاتر از دمای تعادل (دمای اتاق) گرفته شده است. میله های مقیاس 100 میکرومتر هستند.

برای کنترل بهتر دما، کدورت سنجی در هر دو فاز ماکروفاز با استفاده از طیف سنج UV-vis انجام شد. برای نمونه ای که در دمای اتاق (2 ± 23 درجه سانتیگراد) متعادل شده است، شکل 3 نشان می دهد که هر دو فاز ماکروفاز با گرم شدن تحت جداسازی میکروفاز (کدر شدن) قرار می گیرند. اگر رمپ دما به آرامی انجام شود، این جداسازی فاز برگشت پذیر است، با هیسترزیس کم.

شکل 3

پلی الکترولیت

شکل 3. کدورت در برابر دمای فازهای کواسروات (دایره های آبی) و رقیق (الماس قرمز) PEC 1.69 . نمادهای جامد و خالی به ترتیب برای گرمایش و سرمایش هستند. نرخ گرمایش/سرمایش 0.1 درجه سانتی گراد در دقیقه -1 بود.

برای کواسروات PSS/PDADMA که در اینجا مورد مطالعه قرار گرفت، جداسازی میکروفاز یک شرایط غیرتعادلی است. تصویربرداری از جداسازی میکروفاز به دنبال افزایش دما نشان داد که قطرات با زمان ادغام شدند و در نهایت ماکروفاز در یک ترکیب تعادلی جدید شفاف شد. ویدئویی که نشان دهنده ادغام قطرات است در اطلاعات پشتیبانی . برای بسیاری از [KBr]، جداسازی میکروفاز توسط یک اغتشاش جزئی دما به دور از دمای تعادل القا شد. به دنبال افزایش چند درجه ای دما، جداسازی میکروفاز از سطح مشترک به هر دو فاز رقیق و کواسروات پخش شد. شکل 4 نوار دماهایی را نشان می دهد که در آن جداسازی میکروفاز مشاهده شد. با نزدیک شدن به [KBr] c ، ماکروفازها به سرعت در دما پایدارتر می شوند. هنگامی که [KBr] بالاتر از [KBr] c باشد، هیچ جداسازی فازی مشاهده نمی شود، حتی اگر محلول ها بالاتر از 80 درجه سانتیگراد گرم شوند.

شکل 4

پلی الکترولیت

شکل 4. محدوده دمایی برای جداسازی میکروفاز نمونه های کواسروات متعادل شده در دمای اتاق. میله‌های شناور و ناحیه خاکستری دمای تقریبی را نشان می‌دهند که در آن جداسازی میکروفاز از سطح مشترک شروع می‌شود و در سراسر کواسروات پخش می‌شود.

ادبیات اغلب coacervates را به عنوان میکروفاز جدا شده، که توسط پراکندگی یا کدورت مشهود است، توصیف می کند. برخی از عناصر ساده به نفع سیستم مورد مطالعه در اینجا هستند: پلی الکترولیت ها کاملاً باردار هستند، به pH حساس نیستند و تنها یک نوع واحد تکرار باردار را تحمل می کنند (بر خلاف مولکول های بیولوژیکی). تا PEC 1.70 ، هر دما یک ترکیب تعادلی را تعریف می کند، به این معنی که هر تغییر دما منجر به جداسازی میکروفاز و به دنبال آن ادغام تدریجی میکروفاز به یکی از دو ماکروفاز می شود. (42)

ترکیب بندی

ترکیب تعادلی (پلیمر، نمک، آب) در دمای اتاق PSS/PDADMA PEC با دقت در طیف وسیعی از غلظت‌های نمک تعیین شد. در ابتدا، اندازه‌گیری‌ها بین غلظت‌های KBr پایین‌تر در جایی که PEC سفت اما الاستیک بود (یعنی به وضوح یک PECOX) و بالاتر [KBr]، که در آن PEC نرم و در نهایت به وضوح یک PECOV بود، تقسیم شد. نمونه ای از دوپینگ PEC برای [KBr] < 0.6 M در شکل 5 الف نشان داده شده است. غلظت نمک در داخل PEC، که به عنوان نسبت مولی KBr به جفت‌های یون PSS/PDADMA ([C8H7SO3 ] [ 309.42 داده -1 + وزن مولکولی ] C8H 16N گرم مول ) می‌شود ، به صورت خطی وابسته است. در غلظت نمک در خارج از PEC، همانطور که قبلا برای سایر نمک ها یافت شد. (34) در این محدوده از غلظت نمک، هر KBr یک جفت یون پلیمر/پلیمر را می شکند و یون ضد به طور خاص با واحد تکرار پلی الکترولیت مرتبط است، مانند معادله 1 . این واقعیت که نمودار تقریباً از مبدأ عبور می کند نشان می دهد که KBr باقی مانده در مجتمع غوطه ور در آب خالص باقی نمانده است. اگر y کسری از جفت های یونی است که توسط دوپینگ شکسته شده اند (“سطح دوپینگ”)، تناسب در شکل 5 a است پلی الکترولیت(3)

شکل 5

پلی الکترولیت

شکل 5. (الف) وابستگی خطی KBr/PE (دایره های آبی) به [KBr] برای دوپینگ PSS/PDADMA، که در آن سطح دوپینگ، y ، = KBr/PE (برای [KBr] <0.6 M). دوپینگ PSS/PDADMA توسط NaCl با خط نقطه چین نشان داده شده است که از مرجع 39 است. (ب) KBr/PE به شکل PECOX (الماس های آبی) و به صورت PECOV (دایره های قرمز) و محلول یکنواخت که در آن PEC حل می شود (مربع های سبز). هنگامی که رژیم دوپینگ خطی به y = 1.00 برون یابی می شود، [KBr] = 1.80 M. مرزهای بین حالت های مایع شیشه ای، لاستیکی، و الاستیک تیز نیستند.

فشار دادن [KBr] به غلظت های بالاتر از 0.6 M (شکل 5 ب) منجر به افزایش غیر خطی نسبت KBr/PE می شود. نسبت حجمی فاز محلول/کواسروات مانند شکل 1 ، اگرچه تا زمانی که دو فاز در حدود 1.80 مولار KBr ناپدید شوند، هیچ تغییر آشکار مشاهده‌ای وجود ندارد، جایی که فرض می‌شود کمپلکس حل می‌شود تا یک محلول همگن ایجاد کند (با اندازه‌گیری‌های اضافی ارائه شده در زیر پشتیبانی می‌شود. ).

طیف سنجی کمی NMR، مقدار و نسبت هر پلی الکترولیت را ارائه می دهد، موارد زیر را نشان می دهد (شکل 6 ):

(1)

هیچ پلی الکترولیت قابل اندازه گیری در فاز رقیق برای [KBr] پایین (PECOX) وجود ندارد، در حالی که برای PECOV پلیمر افزایشی در فاز رقیق وجود دارد، زیرا غلظت پلیمر در فاز غلیظ کاهش می یابد. غلظت PE در فازهای رقیق و غلیظ در نقطه انحلال همگرا می شود.

(2)

نسبت PSS به PDADMA در رژیم PECOX 1:1 باقی می ماند اما در PECOV واگرایی مشاهده می شود. فاز غلیظ در PSS کمی غنی تر می شود و فاز رقیق به طور قابل توجهی PDADMA بیشتری نسبت به PSS دارد. البته، در حالت حل، نسبت PSS:PDADMA به 1.0 برمی گردد، زیرا این نسبت اولیه اضافه شده در مجموعه شروع بود.

به یک نقطه قابل توجه می رسد y ، جایی که تمام جفت های یون شکسته می شوند و PEC به محلولی از زنجیره های پلی الکترولیت ایزوله و محلول تبدیل می شود. از برون یابی داده های شکل 5 a (یعنی معادله 2 ) این نقطه در [KBr] = 1.80 M خواهد بود. در هر y < 1.00، زنجیره ها از طریق جفت یونی برهم کنش می کنند (یعنی یک PEC با برخی مورفولوژی وجود دارد. ).
همگرایی غلظت پلیمر در دو فاز در نقطه انحلال با کنترل ترمودینامیکی ترکیب سازگار است. PDADMA اضافی در فاز PECOV رقیق ممکن است نشان دهد که KBr غلیظ حلال بهتری برای PDADMA(Br) نسبت به PSS(K) است.

شکل 6

پلی الکترولیت

شکل 6. نسبت مولی PSS/PDADMA (نمادهای جامد) و [PE] (نمادهای باز) در فازهای رقیق (مربع آبی) و کواسروات (دایره های قرمز) با 1H NMR. الماس سبز نسبت PSS/PDADMA را در محلول (یکنواخت) نشان می دهد.

داده های مربوط به تمام ترکیبات PEC در درصد وزنی در نمودار فاز در شکل 7 است. جزئیات این نمودار فاز با رفتار PSS/PDADMA که قبلا گزارش شده بود، مطابقت دارد. (28، 43) به عنوان مثال، با % KBr → 0 کمپلکس اندکی منبسط می شود (نقاط E تا B)، همچنین برای دوپینگ PSS/PDADMA با NaCl دیده می شود. (28) نقاط B، E و D PECOX را تعریف می کنند. کواسروات در محدوده نسبتاً باریک %KBr از D تا C وجود دارد. غلظت PE فاز رقیق که از A شروع می شود با غلظت PE در کواسروات در نقطه C همگرا می شود.

شکل 7

پلی الکترولیت

شکل 7. نمودار فاز سه تایی برای ترکیبات تعادلی در درصد وزنی PSS/PDADMA PE، KBr و آب در فاز رقیق (○)، فاز کواسروات (◇)، و PECOX (Δ). خط جامد 2 O % wt در مقابل KBr wt % است: H 2 O % = 2.38 KBr % + 32 ( r 2 = 0.958). این خط از محور PE % در PE % 68% عبور می کند، که به این معنی است که هشت مولکول آب با هر جفت PSS/PDADMA ترکیب شده است.

مرز بین Complex و Coacervate

شکل 5 b تغییر تدریجی در ترکیب PEC را در کل محدوده [KBr] نشان می دهد. هنگامی که PEC در سطوح پایین تر دوپینگ سخت و الاستیک باشد، نمونه در رژیم PECOX در نظر گرفته می شود. در [KBr] بالاتر، به ویژه در یک باند باریک از [KBr] بین حدود 1.5 M و نقطه انحلال (حدود 1.8 M KBr)، PEC بیشتر شبیه یک سیال رفتار می کند و به طور منطقی می تواند یک PECOV نامیده شود. دامنه وسیعی از [KBr] وجود دارد، از حدود 0.6 M تا حدود 1.6 M (شکل 5 ب)، که در آن مقدار نمک وارد شده به PEC تابع غیرخطی محلول [KBr] است. آیا می توان مرزی را تعریف کرد که در آن کمپلکس با [KBr] کافی به کواسروات تبدیل شود؟
خواص مکانیکی PEC ها به شدت به سطح دوپینگ بستگی دارد. (35، 44، 45) هر جفت یون پلیمر/پلیمر ممکن است به عنوان یک پیوند متقاطع فیزیکی پویا در نظر گرفته شود. مطابق با تئوری های کلاسیک الاستیسیته لاستیک، مدول مربوط به چگالی اتصال متقابل است. (35) ما قبلا مدول را به عنوان تابعی از دوپینگ در y <0.3 بررسی کرده ایم. (29، 35) در اینجا، ما بر غلظت های بالاتر KBr که پاسخ PECOV را می دهد تمرکز می کنیم. شکل 8 ذخیره سازی PEC ( G ‘) و تلفات ( G ″) و ویسکوزیته η را به عنوان تابعی از [KBr] نشان می دهد. در زیر [KBr] c یک کاهش غیرخطی قوی در این پارامترها با نمک اضافه وجود دارد. در [KBr] c (= 1.80 M) شیب η در مقابل [KBr] به طور ناگهانی تغییر می کند (انتقال مرتبه دوم)، و پس از آن کاهش آهسته η برای حالت محلول پلی الکترولیت مشاهده می شود.

شکل 8

پلی الکترولیت

شکل 8. مدول دینامیکی G ‘ (●)، G ″ (▲)، و η (■) در 0.1 هرتز، تنش برشی 25 Pa برای PSS/PDADMA با افزایش [KBr]. میانگین ویسکوزیته PDADMA خالص و PSS در [KBr] مناسب، که زنجیره‌های جفت کاملا غیریونی را نشان می‌دهند، به صورت ضربدری نشان داده شده‌اند.

یک مایع نیوتنی نباید مدول ذخیره‌سازی را که در شکل 8 بیشتر محدوده [KBr] داشته باشد. G به سرعت کاهش می یابد اما هنوز تا حدود 1.6 M KBr قابل اندازه گیری است. از آنجایی که کواسروات یک شبکه تا 1.80 M KBr باقی می ماند، یک جزء الاستیک برای مدول انتظار می رود. یک نقطه متمایز در حدود 1.3 M KBr وجود دارد که در آن G ‘و G ‘ تلاقی می کنند، که می تواند برای تعریف یک مرز پیچیده/همبسته استفاده شود. استفاده از این شرط تا حدودی آزمایشی است زیرا تمام خواص و ترکیبات تغییر واضحی در شیب نشان نمی دهند. از سوی دیگر، تعیین یک انتقال PECOX/PECOV نسبت به انتخاب ویسکوزیته کمتر دلخواه است.
ویسکوزیته به کاهش اندکی از 1.8 M KBr ادامه می دهد (شکل 8 )، که نشان می دهد چند برهمکنش جفت یونی باقی مانده است. برای شبیه سازی سیستمی که در آن هیچ جفت یونی امکان پذیر نیست، محلول هایی از اجزای خالص PDADMA و PSS در KBr با غلظت دو برابر غلظت های فردی در شکل 8 شد. ویسکوزیته اندازه گیری شد (به اطلاعات پشتیبانی )، میانگین گیری شد و در شکل 8 است. این جانشین‌های غیر جفت‌شونده ویسکوزیته متوسطی را به همراه داشتند که نزدیک به آنهایی بود که جفت شدن یون با افزودن KBr حذف شد. اعتقاد بر این است که تفاوت کوچک در ویسکوزیته بین PEC محلول و جایگزین‌های غیر جفت‌شونده در [KBr]> 1.8 M نتیجه چند برهمکنش باقی مانده بین طولانی‌ترین زنجیره‌های قبلی است.
در حالت ایده آل، نمونه های توزیع وزن مولکولی باریک باید برای بررسی فازهای PEC استفاده شود. چنین نمونه هایی برای PDADMAC در دسترس نیستند. تخمین [KBr] c با تقریب ساده زیر ارائه می شود: پلی الکترولیت(4) در اینجا DP درجه پلیمریزاسیون است و معادله 3 تقریب شده است y = 0.56 [KBr] این رابطه بین [KBr] c و DP در شکل 9 . وزن مولکولی 200000 DP حدود 1080 برای PSS است که با خط نقطه چین عمودی در شکل 9 است. در نمونه توزیع وزن مولکولی وسیعی که در اینجا به کار گرفته شده است، البته، بسیاری از زنجیره های بسیار کوچکتر و چند زنجیره بسیار طولانی تر وجود دارد، اما [KBr] c نسبت به وزن مولکولی بالاتر از DP حدود 100 نسبتاً غیر حساس است. شرطی سازی یک PECOV در [ KBr] < [KBr] c برای مدتی باید کسر وزن مولکولی بالاتر پلیمر در PECOV را غنی کند. ما این امکان جالب را آزمایش نکرده ایم.

شکل 9

پلی الکترولیت

شکل 9. محاسبه [KBr] حیاتی برای انحلال PEC به عنوان تابعی از درجه پلیمریزاسیون، DP، پلی الکترولیت ها. PSS با وزن مولکولی 200000 دارای DP (= N ) در حدود 1080 است که با خط نقطه چین نشان داده شده است.

نقش نمک بر طیف ترکیب

پیوسته غلظت نمک PEC نشان داده شده در شکل 5 ، وابستگی خطی KBr/PE را برای [KBr] < 0.6M نشان می دهد، که در شکل 5 a به تفصیل نشان داده شده است، به دنبال آن یک بخش غیر خطی طولانی از 0.6 M تا حدود 1.6 M. از 1.6 M تا نقطه انحلال، نمک به راحتی وارد PEC می شود و شیب خطی KBr/PE را تندتر می کند. نمک در محدوده 0 تا 1.8 M KBr چه می کند و یون ها به کجا می روند؟ در دیدگاه فعلی ما از PEC، نمک درون مجتمع یکی از دو نقش را دارد: یا به طور خاص با بارهای روی واحدهای تکراری پلی الکترولیت مرتبط است (در اینجا، سولفونات یا آمونیوم چهارتایی، به عنوان مثال، Pol M + یا Pol + A از معادله 1 )، یا غیر مرتبط است.
یون‌های مرتبط و غیر مرتبط در PEC، البته، قادر به تبادل هستند، اما یک عکس فوری از همه یون‌های درون PEC، توزیع تعادل آنها را نشان می‌دهد. در هر لحظه، فقط یون های مرتبط، جفت های پلیمر/پلیمر را می شکنند. غلظت آنها در PEC [KBr] PEC,A است. به این ترتیب، یون های مرتبط ممکن است جفت یونی با پلی الکترولیت در نظر گرفته شوند و در اینجا به عنوان ضد یون های پلی الکترولیت Pol + A و Pol M + .
وابستگی غلظت KBr غیر مرتبط، [KBr] PEC، U ، به محلول [KBr] با یک ضریب تقسیم، K KBr پلی الکترولیت(5) کل [KBr] در PEC، [KBr] PEC، کل = [KBr] PEC، A + [KBr] PEC، U . برای کواسروات ها، کارتون در طرح 1 یون های مرتبط (جفت شده، دوپینگ) را در کنار زنجیره های پلیمری و یون های غیر مرتبط (تقسیم شده) را در فضاهای بین نشان می دهد.
K KBr در محدوده [KBr] متفاوت است. البته، فراتر از y = 1.00، K KBr معنی ندارد زیرا فقط یک فاز وجود دارد. در [KBr] پایین، به عنوان مثال، <0.6 M، یون های غیر مرتبط قادر به ورود به PEC نیستند. این به این دلیل است که چگالی جفت شدن یون (پیوند متقابل) آنقدر زیاد است که حجم آزاد کافی برای گنجاندن یون‌های اضافی (همراه با آب هیدراتاسیون آنها) وجود ندارد. برای منطقه خطی در [KBr] < 0.6 M، K KBr به صفر نزدیک می شود، [KBr] PEC،U → 0، [KBr] PEC، A = [Pol + A ] = [Pol M + ] و y = KBr/PE. با شکسته شدن پیوندهای متقابل، حجم آزاد بیشتری در دسترس می‌شود، بنابراین [KBr] PEC،U افزایش می‌یابد، در نتیجه y < KBr/PE. در نهایت، پیوندهای متقاطع آنقدر رقیق می شوند که حجم آزاد را محدود نمی کنند (فراتر از [KBr] = 1.6 M) و K KBr ثابت می شود (بخش خطی از 1.6 تا 1.8 M KBr را در شکل 5 ب ببینید)، تقریباً وحدت (به اطلاعات پشتیبان شکل S2 مراجعه کنید).

سناریوی بالا نمونه‌ای از همکاری پلیمری است – در سطوح پایین دوپینگ، جفت‌های یونی با همکاری یکدیگر KBr غیر مرتبط را از PEC حذف می‌کنند.

نقطه ای که y = 1.00 را می توان از داده های دوپینگ خطی در شکل 5 a (یعنی معادله 3 ) برای پیش بینی [KBr] c = 1.80 برون یابی کرد. این همان مقداری است که به صورت تجربی با مشاهده ناپدید شدن رژیم 2 فازی (شکل 1 ) یا از داده های ویسکوزیته در شکل 8 می شود. از طرف دیگر، می توان برونیابی را با استفاده از y = 1.00 و تجربی [KBr] c = 1.80 M
این برچسب‌گذاری نقش آنی یون‌های متقابل در PEC تا حدودی غیرسنتی است، زیرا معمولاً همه یون‌ها در تقریب‌های میدان متوسط ​​به طور یکسان در نظر گرفته می‌شوند. اما سابقه تاریخی قوی در زمینه مبدل های یونی کلاسیک وجود دارد. این مبدل‌ها یا «رزین‌ها» دارای بارهای پلیمری ثابتی هستند که اغلب به شکل سولفونات‌ها یا آمونیوم‌های چهارتایی و یون‌های کوچک متحرک (کنترل) هستند. (46) بارهای ثابت یک پتانسیل دانان ایجاد می کند که یون های متقابل بار مشابه (کیون ها) را در محدوده غلظت یون محلول حذف می کند (یعنی برای کاتیون ها یا آنیون های دارای بار مخالف “انتخابی” هستند. مشخص است که در غلظت کافی نمک مبدل های یونی کلاسیک دیگر قادر به حذف کویون ها نیستند و نمک خنثی وارد مبدل می شود. (46) این وضعیت به عنوان شکست دانان شناخته می شود. (47)
در سیستم PEC که تحت تأثیر نمک خارجی به مبدل یونی تبدیل می‌شود (به اصطلاح مبدل «میل» (48) )، انحراف از KBr/PE خطی در [KBr] پایین به عنوان شروع شکست دانان در نظر گرفته می‌شود. و ورود نمک غیر مرتبط. رژیم شکست دانان در شکل 5 ب نشان داده شده است.
زمان، دما و نمک در این مواد سالوپلاستیک به هم مرتبط هستند. (29، 44) ، غلظت نمک بالاتر دمای انتقال شیشه ای Tg را کاهش می دهد مثال . (29) با توجه به کار قبلی روی کمپلکس PSS/PDADMA دوپ شده با NaCl، Tg دمای در 20 درجه سانتی گراد و 0.1 هرتز در حدود 0.69 مولار NaCl و y = 0.25 دیده می شود. (29) این مربوط به حدود 0.46 M KBr از شکل 5 a است. در [KBr] پایین تر، PEC شیشه ای است.

انتقال از شیشه ای به لاستیکی نیز در شکل 5 ب نشان داده شده است.

ما این انتقال را در y = 0.25 قرار داده‌ایم، یعنی جایی که 1/4 جفت‌های یون شکسته شده‌اند، زیرا معتقدیم نقطه شروع از دست دادن همکاری (تجزیه دانان) نیز اساساً مسئول انتقال شیشه‌ای است. (49) انتقال شیشه ای گسترده است و تمام مرزها، به جز انتقال به حالت حل شده، در شکل 5 b باید به صورت پراکنده دیده شوند.
استفاده از منحنی دوپینگ برای تخمین کسری از جفت شدن یون به ما امکان می دهد ویسکوزیته coacervate را با استفاده از نظریه “reptation چسبنده” روبینشتاین و سمنوف تجزیه و تحلیل کنیم. (50) با توجه به این نظریه، زنجیره های پلیمری در محلول بالاتر از غلظت همپوشانی خود هستند و درهم تنیدگی های گذرا را تجربه می کنند که مانع از حرکت مجدد آنها می شود. کسر حجمی بحرانی برای همپوشانی زنجیره، (51) φ*، حدود N 1/2 که در آن N بین 1000 تا 3000 است بسته به اینکه از PSS یا کسری PDADMA برای این تخمین استفاده شود، که یک φ* بین 2 می دهد. و 3 درصد کمتر از کسرهای حجمی تجربی ( شکل S3 ). فعل و انفعالات مطلوب بین زنجیره های دارای بار مخالف، درهم تنیدگی و اختلاط را در سطح مولکولی تشویق می کند. (52) یک عدد حالت ثابت، f ، از واحدهای تکراری در یک زنجیره، که با l واحد غیر مرتبط از هم جدا شده‌اند، برهمکنش‌های “چسبنده” خاصی را تجربه می‌کنند (در اینجا، جفت شدن یون پلی‌الکترولیت)، که از نظر فیزیکی با طول عمر ارتباط τb مرتبط است . برای شرایطی که رشته‌های پلیمری بین برچسب‌ها و شرایط Θ گیر کرده‌اند (فرض می‌شود که در اینجا به دلیل غلظت بالای نمک تقریبی شده است)، ویسکوزیته توسط پلی الکترولیت(6) جایی که k ثابت بولتزمن است، T دما، b اندازه مونومر، N e0 تعداد مونومرهای بین درهم تنیدگی ها در مذاب است (یعنی PEC خالص بدون آب یا نمک)، ε انرژی اتصال برچسب است. (انرژی جفت شدن یون)، و φ کسر حجمی پلیمر. سایر شرایط مرزی f ≫ 1 و l ≫ 1 هستند. در سیستم ما، τb ناشناخته است اما فرض می شود که با غلظت نمک نسبت معکوس دارد (یعنی τb ~ 1/ y ) و ε، همچنین ناشناخته، ثابت فرض می شود. اصطلاحات دوپینگ ما به راحتی به معنای f ~ 1 – y و l = y /(1 – y ) است. بنابراین، مقیاس بندی مناسب است پلی الکترولیت(7) که در آن k یک ثابت مقیاس است. کسر حجمی PE از داده های ترکیب با فرض چگالی مربوط به PE، KBr و آب 1.13، 2.75، و 1.00 گرم در میلی لیتر -1 . کسر حجمی PE (φ PE ) با معادله φ PE = 0.679(1 – y ) + 0.075 ( r 2 = 0.9708) مطابقت دارد (به اطلاعات پشتیبان ، شکل S3 مراجعه کنید).
با استفاده از دوپینگ معادله 3 برای همبستگی [KBr] در شکل 8 به 1 – y ، ویسکوزیته، با کم کردن سطح شیب دار جزئی از رژیم پلی اتیلن محلول، در برابر 1- y در شکل 10 . در اینجا، 1 – y کسری از پلی الکترولیت است که مرتبط است (کسری از برچسب ها). معادله 7 با ثابت مقیاس 3.18 × 109 رسم شده است . توافق خوب بین داده ها و تناسب به جز برای کمترین محدوده ویسکوزیته که PEC تقریباً حل شده است (به دلیل تفریق ناقص پس زمینه) دیده می شود. نقاط 1 – y < 0.2 برای بهینه سازی تناسب استفاده شد ( r2 = 0.998). ما شگفت زده شدیم که توافق به 1 – y که در آن فرض l ≫ 1 شکسته می شود.

شکل 10

پلی الکترولیت

شکل 10. ویسکوزیته متناسب (خط آبی) و آزمایشی (نمادهای قرمز) رشته های پیوند متقابل با درهم تنیدگی بین برچسب ها در مقابل کسر جفت.

Spruijt و همکاران اخیراً یک مدل “Sticky Rouse” برای ویسکوزیته پیچیده coacervate ارائه کرده اند که در آن درهم تنیدگی مشخص نشده است. (53) مدل آنها به شدت وابستگی ویسکوزیته مشاهده شده ما را با غلظت نمک کمتر پیش بینی می کند (4 مرتبه تغییر بزرگی در η برای 30٪ تغییر در غلظت نمک). مدل آنها همچنین داده های خود را در مورد وابستگی ویسکوزیته به غلظت نمک دست کم می گیرد.

نتیجه گیری

اشکال شیشه ای، لاستیکی و مایع کمپلکس های پلی الکترولیت در محیط های آبی با غلظت نمک به هم متصل می شوند. روش “عقب” انحلال، و سپس رسوب مجدد، کمپلکس ها آنچه را که تصور می شود ترکیبات تعادلی هستند به دست آورد. ماهیت تعادلی حالت coacervate ایجاد شد، اما ترکیب پلی الکترولیت PECOX فقط یک ترکیب تعادلی است زیرا روش آماده سازی پلی الکترولیت های استوکیومتری می دهد. در مقابل، جذب یون‌ها به PEC به هر شکلی که در تعادل با یون‌های محلول شناخته شده است. با برون یابی رفتار دوپینگ خطی در غلظت کم نمک به وضوح نشان داده شد که کمپلکس ها در تمام مورفولوژی ها توسط جفت یون پلی الکترولیت/پلی الکترولیت با هم نگه داشته می شوند. رابطه دوپینگ میزان جفت شدن یون با غلظت نمک را پیش‌بینی می‌کند، که برای مدل‌سازی ویسکوزیته PECs (فراتر از انتقال شیشه‌ای) با استفاده از مدل «چسبنده» استفاده شد.

اطلاعات پشتیبانی پلی الکترولیت

نمونه‌های کواسروات تهیه‌شده با روش «به جلو»، ویدیوی جداسازی میکروفاز، غلظت KBr در فازهای رقیق و یکنواخت، کسر حجمی پلی‌الکترولیت به عنوان تابعی از غلظت KBr، و ویسکوزیته پلی‌الکترولیت‌های منفرد در KBr. این مطالب به صورت رایگان از طریق اینترنت است.

پلی الکترولیت به چه معناست؟

پلی الکترولیت پلیمری از الکترولیت ها با چندین واحد زنجیره تکرار شونده است. پلی الکترولیت ها دارای خواص الکترولیت و پلیمر هستند و وزن مولکولی بالایی دارند. با توجه به این موضوع و این واقعیت که پلی الکترولیت ها از یک نوع بار زیر واحد مونومر تشکیل شده اند، اغلب برای کاهش یا جلوگیری از خوردگی روی سطوح زیرلایه فلزی استفاده می شوند.

تبلیغات

Corrosionpedia پلی الکترولیت را توضیح می دهد

پلی الکترولیت ها معمولاً بسته به هدف اولیه کاربردشان به سه نوع زیر واحد تقسیم می شوند. این واحدها عبارتند از:

  1. چند پلیکیشن ها
  2. پولیانیون ها
  3. پلی نمک ها

آنها به طور مشابه به الکترولیت های معمولی (اسیدها، بازها و نمک ها) تقسیم می شوند. با این حال، خروجی یک پلی اسید (پلی یون) با پایه مونومر و بالعکس، پلی نمک نامیده می شود. مانند نمک های معمولی، آنها رسانای الکتریکی هستند اما به دلیل ماهیت پلیمری خود بسیار چسبناک هستند.

خوردگی فولادهای خاص در شرایط آندی را می توان با اعمال لایه ای از کمپلکس پلی الکترولیت درمان کرد. در مطالعات تحقیقاتی، اسکن‌ها روی یک ناحیه بستر مستعد خوردگی گسترده و اندازه‌گیری‌ها در ناحیه حفره‌ای، درجه بالایی از اثربخشی چند لایه پلی‌الکترولیت را نشان می‌دهد که با مقاومت در برابر رطوبت و کنترل خوردگی، علی‌رغم نفوذپذیری یون مشخص می‌شود.

پلی الکترولیت ها

خواص عمومی

پلی الکترولیت ها پلیمرهایی با گروه های تفکیک کننده در خود هستند واحدهای تکرار آنها را می توان به تقسیم کرد پلی کاتیون ها و پلی آنیون ها و پلی نمک ها . مانند الکترولیت های معمولی (اسیدها، بازها و نمک ها)، آنها در محلول های آبی (آب) تجزیه می شوند و بسته به مقدار pH یک یا چند بار را تحمل می کنند. بنابراین، خواص پلی الکترولیت ها هم مشابه الکترولیت ها و هم پلیمرها است. نمک ها، یعنی محصولات یک پلی اسیدها (پلی یون ها) با پایه مونومر و بالعکس، پلی نمک نامیده می شوند. مانند نمک های معمولی، محلول های آنها رسانای الکتریکی هستند و مانند پلیمرها، ویسکوزیته آنها قوی است. بستگی به وزن مولکولی و غلظت پلیمر دارد.

سه مورد از رایج ترین گروه های آنیونی کربوکسیلات (–COO- ) ، فسفونات (–PO 3 H- ، –PO 3 2- ) هستند. و سولفونات (-SO 3 – ) و رایج ترین گروه های کاتیونی آمونیوم اولیه، ثانویه و چهارتایی هستند (-NH 3 + , =NH 2 + و ≡N + ). در نوع گروه یونی، یون ضد آن و ساختار آن واحد تکرار خواص یک پلی الکترولیت مانند حلالیت در آب و سایر مایعات قطبی و پیوند هیدروژنی (الکل ها و غیره) را تعیین می کند. هدایت الکتریکی و ویسکوزیته محلول برخلاف غیریونیک پلیمرها، این خواص به شدت به pH و نمک بستگی دارد محتوا.

پلی الکترولیت ها را می توان با ترکیب a به صورت شیمیایی به هم متصل کرد مقدار کمی از یک عامل اتصال عرضی مناسب. این پلی الکترولیت ها ساختارهای سه بعدی را تشکیل می دهند که به جای حل شدن در آب، در آب متورم می شوند. آنها می توانند (به شدت) مقادیر زیادی مایع را نسبت به جرم خود از طریق پیوند هیدروژنی با مولکول های آب حفظ کنند. نامیده می شوند هیدروژل ها یا پلیمرهای سوپرجاذب (SAP’s) هنگامی که (کمی) پیوند متقابل دارند. توانایی آنها در جذب آب عاملی از غلظت یونی محلول آبی است. در آب دیونیزه و مقطر، SAPs می توانند تا 500 برابر وزن خود و 30 تا 60 آب جذب کنند بار خودشون حجم، یعنی یک هیدروژل می تواند از بیش از 99٪ مایع تشکیل شده باشد. ظرفیت جذب و تورم کل SAPها توسط نوع و کنترل می شود مقدار اتصالات عرضی در ساختار

پلی الکترولیت های طبیعی و مصنوعی

هر دو بر روی یک ساخته می شوند در مقیاس بزرگ پلی الکترولیت های طبیعی رایج پکتین هستند (اسید پلی گالاکترونیک)، آلژینات (اسید آلژینیک)، کربوکسی متیل سلولز و پلی پپتید نمونه هایی از مصنوعی رایج پلی الکترولیت ها پلی اکریلیک اسید، پلی استایرن سولفونات، پلی آلی آمین، کربوکسی متیل سلولز و نمک های آنها. برخی از این پلی الکترولیت ها در زیر نشان داده شده اند:

برخی دیگر از پلی الکترولیت ها بر خلاف گروه های جانبی باردار حاوی گروه های باردار در زنجیره اصلی هستند. این دسته از پلی الکترولیت ها معمولاً به عنوان پلی یونن . رایج ترین گروه باردار در ستون فقرات آمونیوم چهارتایی است. این پلی آمین های یونی معمولاً از طریق واکنش منشوتکین آمین های درجه دوم سنتز می شوند. آلکیل دی هالیدها

تعداد زیادی از دی هالیدها و آمین های ترشیاری به صورت تجاری تولید می شوند موجود است که اجازه سنتز تعداد زیادی از به خوبی تعریف شده را می دهد پلی یونن ها از مواد اولیه نسبتا ارزان و نسبی مسیر سنتز ساده هر دو فاصله یونی روی ستون فقرات پلیمری، یعنی چگالی بار و وزن مولکولی را می توان به راحتی تنظیم کرد. علاوه بر این، بسیاری از گروه های کاربردی دیگر را می توان به راحتی گنجانده شده است، که اجازه می دهد تا برای اتصال عرضی و خیاطی خواص فیزیکی و مکانیکی

خواص فیزیکوشیمیایی

خواص پلی الکترولیت ها در محلول توسط برهمکنش الکترواستاتیکی بین گروه های باردار در زنجیره و یون های با وزن مولکولی کم در محلول میدان الکترواستاتیک قوی ایجاد شده توسط بارهای موجود در پلی الکترولیت تأثیر قابل توجهی بر ساختار مولکول دارد، یعنی به طور قابل ملاحظه ای ترکیبات ماکرومولکولی را تغییر می دهد. با افزایش درجه تفکیک، اندازه مؤثر زنجیره‌ها (فاصله انتها به انتها، شعاع هیدرودینامیکی و غیره) افزایش می‌یابد و مولکول‌های مارپیچ صاف می‌شوند و تقریباً خطی می‌شوند. شکل چوب مانند در درجات بالایی از تفکیک پلی الکترولیت.
خواص فیزیکوشیمیایی دستخوش تغییرات قابل توجهی می شود زمانی که درجه تفکیک تغییر می کند. به عنوان مثال، ویسکوزیته محلول می تواند یک عامل افزایش یابد از صد یا بیشتر بسته به غلظت پلی الکترولیت در محلول، درجه تفکیک آن و غلظت یون آزاد (نمک) (یون‌های با وزن مولکولی کم در محلول).

نظریه ای که برای راه حل های توسعه داده شد الکترولیت های با وزن مولکولی کم برای پلی الکترولیت معتبر نیستند راه حل ها یون های با وزن مولکولی کم که در طول دوره ظاهر می شوند تفکیک گروه های قطبی پلی الکترولیت ها ایجاد الف ابر ضد یون منتشر در اطراف سطح دارای بار مخالف پلیمرها ترکیب (انحلال پذیری) و اندازه آن بر ساختار و دینامیک پلی الکترولیت ها تأثیر می گذارد در محلول و همچنین ظرفیت تورم و پاسخ ویسکوالاستیک ژل های پلی الکترولیت.

زنجیره های مولکولی باردار معمولاً وجود دارند در سیستم های ماده نرم تأثیر قابل توجهی بر ساختار دارند، پایداری و برهمکنش‌های مجموعه‌های مولکولی مختلف (بیولوژیکی). رویکردهای نظری برای توصیف ویژگی های آماری آنها به شدت با خنثی الکتریکی آنها متفاوت است همتایان بسیاری از مولکول های بیولوژیکی پلی الکترولیت هستند. به عنوان مثال، پلی پپتیدها و DNAها پلی الکترولیت هستند.

پلی الکترولیت های تجاری

گریدهای تجاری پلی الکترولیت ها (PAA) از شرکت Dow Chemical (Duramax، Tamol™، Romax™، Dowex)، Rohm و Haas (Acusol™، Acumer™، BASF (Dispex®، Magnafloc®)، و Arkema (Rheoslove™، Terrablend).

پلی الکترولیت ساختار واحد تکرار نام تجاری
پلی اکریلیک اسید (PAA) Acusol (کوپلیمر)، Acumer، Acrysol، Alcosperse
پلی استایرن سولفونات Resonium، Sorbisterit، Resikali

برنامه های کاربردی

پلی الکترولیت ها کاربردهای زیادی دارند که بیشتر مربوط به اصلاح جریان و بهبود پایداری کلوئیدها و ژل های آبی یا برای القای تجمع. به عنوان مثال، آنها می توانند برای بی ثبات کردن یک سیستم تعلیق کلوئیدی استفاده شوند و برای شروع لخته سازی و بارش. آنها همچنین می توانند برای ایجاد بار سطحی به ذرات خنثی مورد استفاده قرار گیرند و آنها را قادر می سازد تا در آنها پراکنده شوند یک محلول آبی بنابراین اغلب به عنوان استفاده می شوند غلیظ کننده ها، امولسیفایرها عوامل ، نرم ، کننده ها ، مبدل های یونی و عوامل روشنگر . به عنوان مثال، آنها در آب استفاده می شوند درمان به عنوان عوامل لخته سازی، در دوغاب های سرامیکی به عنوان عوامل تثبیت کننده و در مخلوط بتن به عنوان فوق روان کننده علاوه بر این، بسیاری از شامپوها، صابون ها و لوازم آرایشی حاوی پلی الکترولیت هستند. پلی الکترولیت های خاصی نیز به محصولات غذایی اضافه می شوند. به عنوان مثال، به عنوان پوشش های غذایی و عوامل رهاسازی به عنوان مثال می توان به پکتین (اسید پلی گالاکترونیک)، آلژینات (اسید آلژینیک) و کربوکسی متیل سلولز اشاره کرد. همه به جز آخرین منشاء طبیعی دارند.

از آنجایی که پلی الکترولیت ها محلول در آب هستند، از آنها نیز استفاده می شود کاربردهای بیوشیمیایی و پزشکی مانند پوشش های ایمپلنت و سیستم های رهایش داروی کنترل شده

مقادیر زیادی سدیم کمی با پیوند متقابل کوپلیمرهای پلی آکریلات-پلی آکریل آمید که هیدروژل نامیده می شوند استفاده می شود به عنوان سوپر جاذب (SAPs). بیشترین استفاده از SAP ها در یافت می شود پوشک بچه و سایر محصولات بهداشتی یکبار مصرف شخصی، مانند لباس زیر محافظ بزرگسالان و نوار بهداشتی. انتظار می رود بازار جهانی پلیمرهای فوق جاذب با نرخ 5.5 درصد از سال 2014 تا 2019 رشد کند تا به ارزش 8.56 میلیارد دلار 1

پلی الکترولیت

به همین ترتیب، PE دارای گروه‌های آمینه پروتون‌پذیر (RNR1R2) می‌تواند با اسید D (AH) واکنش دهد و فرآیند آنالوگ تراکم یونی را ایجاد کند (Radeva، 2001)، که در آن AH و A- گونه‌های خنثی و آنیونی هستند و RNR1R2 ، RNR1R2H+ و [RNR1R2H+A-] همان معنای معادله را دارند. (13.1).

از جانب: نانوساختارهای طب دهان ، 2017

مجتمع های پلی الکترولیت آلژینات برای کنترل آزادسازی دارو

بیباش چاندرا موهانتا ،… آمیت کومار نایاک ، که در آلژینات ها در تحویل دارو ، 2020

12.3 کمپلکس های پلی الکترولیت

پلی الکترولیت ها مواد درشت مولکولی هستند که دارای چندین گروه عاملی قابل یونیزاسیون با وزن مولکولی و ترکیبات شیمیایی متفاوت هستند. بار روی ماکرومولکول ها به دلیل تفکیک جزئی یا کامل PEC ها در محلول های آبی ایجاد می شود [61] . در محلول، پلی الکترولیت های دارای بار مخالف به طور همزمان مخلوط می شوند تا PEC ها را تشکیل دهند ( شکل 12.2 ) [62] . بودن پلی الکترولیت در محلول با خنثی سازی بار برای یک واحد تکرار شونده با بار مخالف حفظ می شود. واحدهای تکرار شونده، به عنوان مثال، الکترولیت‌های با بار مثبت با یون‌های کوچک‌تر بار منفی همراه هستند [63] .

de Jong و محققینش معرفی شدند، زمانی که آنها تشکیل کمپلکس های کلوئیدی را به عنوان کمپلکس Bungenberg به دلیل برهم کنش برخی از پلی الکترولیت های طبیعی در محیط آبی گزارش کردند [64] . با این حال، PEC های نامحلول در اوایل دهه 1960 پس از کشف پلیمرهای مصنوعی متعدد با چگالی بار بالا شناسایی شدند. آلن مایکلز و تیمش چندین ویژگی فیزیکوشیمیایی چنین مجتمع هایی مانند رفتارهای تورم و همچنین ویژگی های پلاستیک سازی الکترولیت [65] . آلبرشت کوسل تأثیر نیروهای الکترواستاتیکی را بر رسوب متقابل پلیمرهای طبیعی مختلف مطالعه کرد. گزارش شده است که برهمکنش الکترواستاتیکی مسئول جداسازی فاز سیستم های کربوهیدرات و پروتئین با بار مخالف است [66] . تحقیقات گسترده تر در مورد PEC ها در سال 1961 آغاز شد، زمانی که مایکلز و تیمش در مورد کمپلکس های استوکیومتری پلی الکترولیت های مصنوعی گزارش دادند. آنها پلی (4-وینیل بنزیل-تری متیل آمونیوم کلرید) مرتبط با پلی (سدیم) را تهیه و مشخص کردند. استایرن سولفونات) [67] .

ذرات PEC ها

توسط برهمکنش های الکترواستاتیک غیرکووالانسی و گیرند . با اختلاط پلی الکترولیت های با بار مخالف در محیط محلول آبی تحت شرایط کنترل شده قدرت یونی ، pH، غلظت پلی الکترولیت ها، توزیع گروه یونی، وزن مولکولی پلیمرها و نسبت اختلاط، فاز متراکمی از حلال جدا می شود. علاوه بر این، ترتیب واکنش پلی الکترولیتی نیز بر درجه یونیزاسیون تأثیر می گذارد که به نوبه خود بر تشکیل نانوذرات . پلی الکترولیت بین گونه هایی با بار مخالف صورت می گیرد و بر این اساس نامگذاری می شود (به عنوان مثال، کمپلکس های پلی الکترولیت-سورفکتانت، کمپلکس های پلی الکترولیت-اسید نوکلئیک، PECs، مجتمع های پلی الکترولیت-دارو). پلی الکترولیت ها کلاس جذابی از ماکرومولکول ها هستند که حاوی گروه های یونی تفکیک شده هستند [68،70] . این مولکول‌ها دارای زنجیره‌های ماکرومولکولی هستند و بارهای بالایی در خود نگه می‌دارند که مسئول رفتارهای شگفت‌انگیز آن‌ها هستند. طبقات مختلفی از پلی الکترولیت ها بر اساس ماهیت آنها ارائه شده است جدول 12.1 . به طور کلی، در تهیه PEC ها، از اتصال دهنده های متقابل شیمیایی استفاده نمی شود (به جز PEC های دارای پیوند متقابل شیمیایی) و از این رو، آنها غیر سمی، زیست سازگار و به خوبی تحمل می شوند. این ها دارای ویژگی های منحصر به فرد متعددی هستند که به عنوان مکمل های دارویی ایده آل برای کنترل سینتیک آزادسازی دارو مناسب هستند.

جدول 12.1 . برخی از پلی الکترولیت ها و ماهیت یونی آنها

نوع پلی الکترولیت پولیانیون ها چند پلیکیشن ها
طبیعی

اسیدهای نوکلئیک،

پلی ( ال -گلوتامیک اسید)،

پلی گالاکترونیک اسید، کاراگینان،

آلژینات سدیم،

پکتین متوکسی کم،

صمغ گلان،

آدامس عطسه کنید

آدامس کنداگوگو،

کندرویتین سولفات و غیره

کیتوزان،

دکستران

ژلاتین،

پلی ( l -lysine)

لیزوزیم و غیره

اصلاح شده شیمیایی/نیمه مصنوعی

سدیم کربوکسی متیل سلولز،

N- کربوکسی متیل کیتوزان،

کربوکسی متیل کنژاک گلوکومانان،

سدیم دکستران سولفات و غیره

N- تری متیل کیتوزان،

کیتوزان – پیوند – پلی (اتیلن گلیکول) مونو متیل اتر و غیره.

مصنوعی

Eudragit1 (Eudragit1  L 100, Eudragit1  S 100، Eudragit1 FS 30 D)،

(وینیل سولفات)

پلی (اسید ایتاکونیک)،

(سدیم استایرن سولفونات)،

پلی (آکریلات سدیم)، پلی (اسید اکریلیک- کو -مالئیک اسید)،

(اکریلامید-2- متیل پروپان سولفونات)،

پلی (3-سولفوپروپیل متاکریلات)،

(سدیم 4-وینیل بنزوات)،

پلی ( p- استایرن سولفونیک اسید)،

( p- استایرن کربوکسیلیک اسید)،

پلی (اسید متافسفریک)،

(وینیلوکسی-4-بوتیریک اسید)،

پلی (4 متاکریلویل اکسی اتیل تریملیتات) و غیره.

Eudragit1 E (Eudragit1 E PO، Eudragit1 E 100)،

پلی (اتیلن ایمین)،

(آلی آمین هیدروکلراید)،

پلی (2-وینیل پیریدین)،

(دی آلیل متیل آمونیوم کلرید)،

پلی (2-اتیل اگزازولین)،

(آمینو اتیل متاکریلات)،

(وینیل بنزیل تری آلکیل آمونیوم)،

پلی (4-وینیل- N- متیل پیریدینیم یدید)،

( N,N,N- تری متیل-2-متاکریلوئیل اتیل آمونیوم) برومید،

پلی (اکریلامید- کو- دی متیل دی آلیل آمونیوم کلرید)،

(اکریلویل-اکسی آلکیل-تری آلکیل آمونیوم)،

پلی (اکریلامیدوآلکیل-تری آلکیل آمونیوم)،

[4-( N,N- دی متیل آمینو متیل استایرن)] و غیره.

پلی الکترولیت های اصلاح شده شیمیایی برای انتقال پپتید و پروتئین به روده

کالین تامپسون ، وای پینگ چنگ ، که در تحویل پپتید و پروتئین ، 2011

7.1 معرفی

پلی الکترولیت (PEC) یک اصل ساده اما بسیار جالب با اهمیت قابل توجهی در تحویل پروتئین را نشان می دهد. فاز معکوس تولید می‌شوند میکروامولسیون. این فرآیند اغلب مستلزم استفاده از سمی حلال های آلی ، گرما، هم زدن شدید یا مواد شیمیایی است که ممکن است پایداری و زیست سازگاری محصولات نهایی را به خطر بیندازند . با این حال، فرآیند ساخت PEC در اندازه نانو آسان است، و امروزه جایگزین جذابی برای فرمول‌های نانوذرات معمولی است، که از انفجار اخیر ادبیات در مورد استفاده از PEC در تحویل پروتئین [2،4-8] . به طور کلی سه روش برای ساخت PEC وجود دارد که در شکل 7.1 است.

به طور معمول، تشکیل PEC در اندازه نانو به طور خود به خود پس از اختلاط پلیمرها و پروتئین های دارای بار مخالف در یک محیط آبی رخ می دهد [2،9-10] . این رایج ترین رویکرد در تحویل پروتئین است. با این حال، برخی از محققان از یک عامل اتصال متقابل یونی مانند تری پلی فسفات، سولفات روی یا کلرید کلسیم برای تثبیت PEC  ، یا اضافه کردن یک پلی الکترولیت با بار مخالف دیگر برای تشکیل یک PEC پایدار کنند [3،5،20] . نیروی محرکه اصلی تشکیل PEC برهمکنش الکترواستاتیکی (کولومبیک) بین پلی الکترولیت های دارای بار مخالف است. با این حال، برهمکنش‌های بین مولکولی دیگر، مانند پیوند هیدروژنی، آبگریز و نیروهای واندروالسی گزارش شده است که نقش مهمی در تشکیل این دارند [10،22،23] . از آنجایی که تشکیل PEC صرفاً بر اساس برهمکنش غیرکووالانسی است و عمدتاً توسط برهمکنش کولمبی انجام می شود، تعدادی از عوامل وجود دارد که می تواند بر شکل گیری و پایداری آن تأثیر بگذارد. وزن مولکولی پلی الکترولیت ها (PE)، نسبت های استوکیومتری و غلظت PE و پروتئین ها، قدرت یونی و pH محلول و دما همگی بر ماهیت تشکیل کمپلکس تأثیر خواهند داشت که متعاقباً بر پایداری و کارایی فرمولاسیون نهایی تأثیر می گذارد.

همانطور که قبلاً ذکر شد

متون فراوانی وجود دارد که استفاده از پلی الکترولیت ها را برای تحویل پروتئین گزارش می کند، که کیتوزان رایج ترین پلی الکترولیت مورد استفاده گزارش شده است. کیتوزان در حالت بومی خود قبلاً به طور گسترده در ادبیات بررسی شده است [4-6،8] و تا حدی توسط مشتقات آن، یعنی نمک های آمونیوم چهارتایی و تیومرها جایگزین شده است. همچنین گزارش های محدودی در مورد استفاده از پلی الکترولیت های آمفیفیل در این منطقه وجود دارد [17،24-26] . بنابراین هدف این فصل بررسی استفاده از پلی الکترولیت‌های آمفی‌فیل و کیتوزان اصلاح‌شده شیمیایی برای انتقال پروتئین و پپتیدها به دستگاه گوارش و بحث در مورد اینکه چگونه تغییرات شیمیایی بر دو چالش مهم در تحویل پروتئین/پپتید خوراکی تأثیر گذاشته است، است. محافظت در برابر تخریب آنزیمی دستگاه گوارش غشای مخاطی .

تخمیر (صنعتی) | بازیابی متابولیت ها

SG پراپولا ، NG کارانت ، که در دایره المعارف میکروبیولوژی مواد غذایی (ویرایش دوم) ، 2014

پلی الکترولیت ها

پلی الکترولیت ها مانند پلی اکریلیک اسید ، پلی اتیلن ، کربوکسی متیل سلولز و پلی فسفات ها در مقیاس صنعتی برای جداسازی و خالص سازی آنزیم ها از آبگوشت اند. مکانیسم بارش شامل تا حدی نمک زدایی و بخشی از کاهش آب حلالیت است. معمولاً غلظت های کم پلی الکترولیت (0.05-0.10٪) باعث بارش می شود، اما نقطه ضعف آن هزینه بالای پلی الکترولیت ها است.

این روش بازیابی متابولیت ها با موفقیت در مقیاس صنعتی برای خالص سازی آمیلوگلوکوزیدازها و مایه پنیر از آبگوشت تخمیر شده استفاده شده است.

همزیستی فاز مایع-مایع و اندامک های بدون غشاء

آماندا بی. مارسیل ،… متیو V. تیرل ، که در Methods in Enzymology ، 2021

خلاصه

پلی الکترولیت توسط فعل و انفعالات ارتباطی بین پلی الکترولیت که منجر به تشکیل یک فاز متراکم پلیمری ماکروسکوپی و یک فاز رقیق پلیمری با کاربرد در پوشش ها، چسب ها و تصفیه غشاهای فراتر از جداسازی فاز در مقیاس ماکرو، سنتز پلیمری توسعه بیشتر میسل‌ها خودساخته مبتنی بر کمپلکس پلی‌الکترولیت (PEC) با کاربرد در بیوتکنولوژی را ممکن کرده است. جالب توجه است، پیشنهاد شده است که مکانیسم‌های مشابه کمپلکس‌سازی پلی‌الکترولیت، تشکیل میعانات بیولوژیکی را تحریک می‌کند که نقش ضروری در بیوژنز سلولی دارند. مسیرهای شکل گیری و عملکرد این مواد پیچیده به خواص فیزیکی ساخته شده در ساختار پلیمری و ترکیب فیزیکی حاصل در فاز رقیق و متراکم بستگی دارد. تکنیک‌های پراکندگی درجا روابط ساختار-عملکرد در مواد PEC را امکان‌پذیر کرده است که ممکن است به سؤالات بیوفیزیکی حل‌نشده در فرآیندهای سلولی بپردازد و همچنین توسعه مواد جدید را برای کاربردهای متنوع تسریع کند. ما آماده‌سازی مواد PEC با ویژگی‌های پلیمری کنترل‌شده (طول، بلوک بودن، چگالی بار)، تکنیک‌های پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک (SAXS) را که برای بررسی مقیاس‌های طول مناسب و روال‌های تحلیل داده‌ها از نقطه‌نظر عملی برای کاربران جدید استفاده می‌شوند، توصیف می‌کنیم. این مقاله به کمپلکس های توده ای می پردازد و نه به حوزه مرتبط، مهم و جالب مونتاژ غیرتعادلی لایه به لایه پلی الکترولیت ها.

معماری ماکرومولکولی و نانو اشیاء نرم

Y. لو ،… آ. ویتمن ، که در علم پلیمر: مرجع جامع ، 2012

6.07.5.3 کمک های احتباسی

SPEB ها همچنین می توانند به عنوان کمک های نگهداری در فرآیند تولید کاغذ استفاده شوند. 232 سازی لخته الیاف آنیونی و رسوب پرکننده مانند کربنات کلسیم مراحل ضروری در کاغذسازی است. به دلیل ظرفیت تبادل ضد یونی بالای خود، که همچنین مبنایی برای کاربردهایی است که در بالا توضیح داده شد، SPEB ها می توانند با همتایان دارای بار مخالف در خمیر تعامل داشته باشند. 232 فعل و انفعالات بین مواد کمکی نگهدارنده و مواد خام کاغذ را می توان به سه مکانیسم اساسی طبقه بندی کرد: خنثی سازی بار، پل زدن، و لخته سازی وصله. 233 سیستم های کمک نگهدارنده مورد استفاده در صنعت کاغذ سازی امروزی از چندین جزء تشکیل شده و معمولاً بیش از یکی از این مکانیسم ها را ترکیب می کنند. مکانیسم لخته سازی SPEB را می توان در چهار مرحله خلاصه کرد. الیاف، ریزه ها و پرکننده ها در ابتدا به طور همگن در دوغاب خمیر پراکنده می شوند. با افزودن پلی‌کاتیون‌ها به‌عنوان لخته‌ساز ، سطوح دارای بار منفی در سوسپانسیون کاغذی تا حد زیادی خنثی می‌شوند و لخته‌های ماکروسکوپی چند پراکنده تشکیل می‌شوند. در طول برش بعدی، لخته ها تا حدی به لخته های ریزتر تقسیم می شوند. به دلیل وجود لخته های کاتیونی، لخته ها دارای بار خالص سطحی کاتیونی هستند. در مرحله آخر، SPEB ها از آنیونی تشکیل شده اند پلی الکترولیت ها را می توان به دوغاب خمیر اضافه کرد. SPEB ها بارهای مثبت اضافی روی میکروفلوک ها را خنثی می کنند و یک شبکه محکم ثابت با SPEB ها به عنوان پیوند متقابل ایجاد می کنند. در طی این مرحله تراکم، ذرات پرکننده در لخته ها گنجانده می شوند یا بر روی الیاف بزرگتر رسوب می کنند. 232

لخته

BM بارانیاک ، E. والرین ، که در دایره المعارف علوم غذایی و تغذیه (ویرایش دوم) ، 2003

پلی الکترولیت ها

پلی‌الکترولیت‌هایی محلول در آب پلی‌آکریل‌آمیدهای ، پلی‌فسفات‌ها و پلیمرهای طبیعی اصلاح‌شده – ژلاتین‌ها، کیتوزان، و کاراگینان ، و همچنین مشتقات نشاسته و سلولز هستند . پلی الکترولیت ها بر اساس ماهیت گروه های عاملی در طول زنجیره پلیمری به دو دسته کاتیونی، آنیونی و غیریونی طبقه بندی می شوند. غالب در این میان کوپلیمرهای پلی آکریل آمید و آکریلات ، یا مونومرهای حاوی گروه های آمونیوم هستند ( شکل 2 ).

یک پلی الکترولیت با وزن مولکولی، ماهیت گروه عاملی و چگالی بار مشخص می شود. یک نکته مهم در انتخاب یک پلی الکترولیت برای یک فرآیند مورد نظر، پتانسیل آن به عنوان یک منعقد کننده (از طریق بی ثبات کردن کلوئید از طریق خنثی سازی) و به عنوان یک لخته (با پل زدن بین ذرات) است. pH همچنین پارامتر مهمی است که باید در هنگام انتخاب پلی الکترولیت برای یک کاربرد خاص در نظر گرفته شود. حساسیت به pH در پلیمرهای کاتیونی که آمونیوم چهارتایی غالب هستند و پلیمرهای آنیونی حاوی اسید سولفونیک . فلوکولانت ها با گروه های کربوکسیل یا آمین وابستگی شدید به pH ایجاد می کنند. سمیت پلی آکریل آمیدها معمولاً کم است و معمولاً کمتر از 0.05٪ است و عمدتاً از وجود آکریل آمید آزاد ناشی می شود.

حسگرهای زیستی محصور شده برای تشخیص بافت پیشرفته

آ. سادووی ، سی. ته ، که در بیوفتونیک برای کاربردهای پزشکی ، 2015

11.2.2 کپسوله سازی رنگ در کره های پلی الکترولیت

PM دارای خاصیت نیمه تراوا است که با ضخامت فیلم، غلظت نمک و نوع پلی الکترولیت استفاده شده قابل کنترل است. فیلم های PM برای ماکرومولکول هایی با وزن بزرگتر از 30 نفوذ پذیر نیستند  کیلو دالتون بنابراین، رنگ های فلورسانس به ماکرومولکول هایی مانند دکستران 70  kDa برای مقاصد کپسوله سازی باید استفاده شود. در حال حاضر، فهرست بزرگی از رنگ های مزدوج در بازار موجود است ( هاگلند، 2002 ).

رنگ های محلول در آب را می توان با روش های پیش بارگذاری یا پس بارگذاری کپسوله کرد. روش های پیش بارگذاری بر اساس رسوب یک رنگ به ذرات کلوئیدی یا جذب روی سطوح ذرات و به دنبال آن ساخت پوسته PM است. هنگامی که محتوای مورد علاقه در کره های توخالی PM ساخته شده بارگذاری می شود، روش تبدیل به postloading می شود. محتویات را می توان با تغییر نفوذپذیری پوسته در پوسته کپسول بارگذاری کرد، که با تغییر pH می توان به آن رسید ( پیراتوت و دانه، 2004؛ یو و همکاران، 2005؛ او و همکاران، 2010 ).

متداول ترین روش پیش بارگذاری از طریق رسوب دادن رنگ ها به 3 ذرات متخلخل کرفت و همکاران، 2007؛ سادووی و همکاران، 2012 ). ذرات در محلول رنگی با مخلوط کردن محلول های CaCl 2 و Na 2 CO 3 . برای نگهداری ذرات، باید آنها را منجمد و خشک کرد تا از تبلور مجدد بیشتر جلوگیری شود.

رنگ + CaCl 2 + ن آ 2 سی O 3 → CaCO 3 + SNARF – 1 – دی جامد ذرات + 2 NaCl

ذرات رسوب شده با رنگ توسط پوسته PM با استفاده از جذب لایه به لایه پوشانده می شوند. پس از تشکیل پوسته، 3 ذرات  M اتیلن دی آمین تتراستیک اسید (EDTA) برای آزادسازی رنگ و به دست آوردن کپسول های نرم PM با رنگ محصور.

CaCO 3 + EDTA – 4 آ q → سی آ EDTA – 2 آ q + سی O 3 2 – ag

ذرات هیدروژل پیچیده پلی الکترولیت-بیوپلیمر کاتیونی برای دارورسانی

سابیاساچی مایتی ،… بیبک لاها ، که در طراحی و توسعه نانو حامل های جدید ، 2018

6.2 عوامل موثر بر سنتز هیدروژل های مجتمع پلی الکترولیت

هنگامی که پلیمرهای کاتیونی با پلیمرهای آنیونی در محلول آبی، حتی در محلول های رقیق، مخلوط می شوند، PEC ها را می توان به صورت رسوب به دست آورد ( Huguet et al., 1994 ). تشکیل PEC ها را می توان به سه مرحله تقسیم کرد: کمپلکس اولیه، درون کمپلکس و بین کمپلکس. نیروی اتصال اولیه در تشکیل PECها نیروهای کولن است. یک مرحله میانی شامل تشکیل پیوندهای جدید و/یا اصلاح اعوجاج زنجیره پلیمری است. در نهایت، تجمع کمپلکس های ثانویه عمدتاً به دلیل فعل و انفعالات آبگریز اتفاق می افتد ( Tsuchida, 1994 ). سنتز پلی الکترولیت – ذرات هیدروژل زیست پلیمری را می توان با در نظر گرفتن CS به عنوان یک پلی الکترولیت کاتیونی و ALG به عنوان یک پلیمر زیستی نشان داد. ذرات هیدروژل PEC را می توان با ریختن محلول ALG در محلول کلرید کلسیم و سپس انتقال کلسیم ALG به محلول CS در اسید استیک برای تشکیل غشای پیچیده روی سطح ذرات تهیه کرد. ذرات دارای یک هسته ALG و یک غشای پیچیده ALG-CS نیز می توانند در فرآیند یک مرحله ای، به سادگی با افزودن قطرات ALG به محلول CS ساخته شوند. هوگت و دلاچری، 1996 ). بر خلاف این، ریختن محلول CS به ALG می تواند ذرات با هسته CS را ایجاد کند که توسط غشای CS-ALG PEC احاطه شده است ( Daly and Knorr, 1988 ). تشکیل PECها تحت تأثیر خواص شیمیایی مانند pH، چگالی بار، وزن مولکولی و همچنین شرایط تجربی مانند غلظت پلی الکترولیت ها، نسبت اختلاط آنها، قدرت یونی محلول و موارد دیگر است. تأثیر pH بر تشکیل کمپلکس بسیار مهم است و ممکن است بر عملکرد کمپلکس و نفوذپذیری غشاهای پیچیده تأثیر بگذارد. از آنجایی که ذرات PEC با برهمکنش یونی تشکیل می شوند، چگالی بار هر دو الکترولیت مهم است. با این حال، pH یک محلول می‌تواند بار و چگالی بار حاکم بر ماکرومولکول‌های شرکت‌کننده را تغییر دهد. با تغییر محیط pH در طول تشکیل PEC، می توان درجه یونیزاسیون پلی الکترولیت های ضعیف را کنترل کرد ( Shiratori and Rubner, 2000; Gamzazade and Nasibov, 2002 ). کاهش بار سطحی ممکن است باعث تجمع مولکول ها شود و احتمالاً به اندازه بزرگتر ذرات منجر شود. PEC های CS و دکستران سولفات تهیه شده در مقادیر pH بالا و پایین در ساختار مولکولی آنها متفاوت است. یک مجموعه PEC از SCMC و CS نیز گزارش شد ( فوکودا و کیکوچی، 1979 ). کربوکسی متیل سلولز (CMC) دارای کربوکسی متیل آنیونی (-CH2COO- ) در ساختارهای خود است که با – NH 3 + گروه های CS بازده کمپلکس در pH 2.5 بیشتر از به دست آمده در pH 5.0 بود.

کمپلکس در مقادیر pH بالاتر سریعتر حل می شود.

همانطور که چگالی اتصال متقابل بر خواص هیدروژل های دارای پیوند متقاطع حاکم است، خواص PEC ها عمدتاً توسط میزان برهمکنش بین پلیمرها تعیین می شود. در واقع، هرچه چگالی بار پلیمر کمتر باشد، نسبت پلیمر در PEC بیشتر است، زیرا زنجیره های پلیمری بیشتری برای واکنش با پلیمر دیگر مورد نیاز است ( برگر و همکاران، 2004 ). Simsek-Ege و همکاران. (2003) اثر pH را بر تشکیل CS-ALG PEC مطالعه کرد. رسوب CS در pH> 6.0 و ALG در pH <3.6 رسوب مشاهده شد. ALG از اسید گولورونیک (M) و Yalpani که مقادیر pK a به ترتیب 3.38 و 3.65 است ( and Hall, 1984 ). بازده مجتمع در pH 5 بالاتر از آنچه در pH 2 است، که می تواند مربوط به کربوکسیلیک اسید در سطح ALG باشد، بیشتر بود. شایان ذکر است که بار سطحی مثبت روی ذرات به دلیل ویژگی‌های کاتیونی CS و درجه بالای استیل‌زدایی آن (95%) بیشتر می‌شود. افزایش غلظت هر کدام پلی کاتیون یا پلی آنیون ممکن است به اندازه بزرگتر ذرات PEC منجر شود. در غلظت‌های بالاتر پلی‌الکترولیت، تعداد مولکول‌های در هم تنیده شده به شدت افزایش می‌یابد و اندازه ذرات افزایش می‌یابد. معمولاً، پلی الکترولیت‌های با مگاوات کم به زمان کوتاه‌تری برای اختلاط و تشکیل PEC‌های کوچک‌تر نیاز دارند. پلی الکترولیت های با مگاوات بالا به زمان بیشتری برای اختلاط نیاز دارند تا PEC هایی با اندازه بزرگ تشکیل دهند. با افزایش نسبت اختلاط، پایداری کلوئیدی ممکن است به طور ناگهانی کاهش یابد ( Ankerfors et al., 2010 ). تغییر قدرت یونی با افزودن نمک می تواند برهمکنش های الکترواستاتیکی را در محلول پلی الکترولیت تعدیل کند ( الکساندر و مونیکا، 2004 ). غلظت نمک بالاتر باعث کاهش پایداری PEC و کاهش چگالی بار می شود. های ضد با گروه های عاملی پلی الکترولیت برهم کنش می کنند و بنابراین برهمکنش یونی بین پلی کاتیون و پلی آنیون را کاهش می دهند و در نهایت کمپلکس های ضعیفی را تشکیل می دهند. با این وجود، نوع نمک مورد استفاده می تواند در تعیین چگالی بار موثر بر روی پلی الکترولیت ها بسیار مهم باشد. ولودکین و فون کلیتسینگ، 2014 ). در قدرت یونی بالا، غربالگری بارهای مخالف ماکرومولکول ها توسط یون های با وزن مولکولی کم اتفاق می افتد و پلی الکترولیت ها انعطاف پذیرتر و پیچ خورده تر می شوند ( احمد و همکاران، 2013 ). به طور کلی، افزایش غلظت نمک ممکن است باعث بی ثباتی ذرات PEC به دلیل افزایش قدرت یونی به دلیل محافظ الکترواستاتیک شود و در نتیجه ممکن است اندازه ذرات را افزایش دهد.

اثر غلظت CaCl 2

در محلول کپسوله سازی توسط Polk و همکاران مورد بررسی قرار گرفت. (1994) . استحکام و انعطاف پذیری میکروکپسول ها در محدوده 1.5 تا 1.8 درصد بدون تغییر باقی ماند. دوام غشاء اندکی کاهش یافت زیرا CaCl 2 در بالا یا پایین این محدوده متفاوت بود. حضور یون‌های کلسیم در محلول CS در طول انکوباسیون تأثیر آشکاری بر توانایی ذرات ژل‌دار برای اتصال با CS داشت ( Gåserød et al., 1998 ). افزایش غلظت CaCl2 با تا 300  میلی متر علاوه بر این، شستشوی ذرات با محلول بافر برای حذف یون‌های کلسیم اضافی سطح قبل از انتقال آنها به محلول CS منجر به کاهش عمده در سرعت و میزان اتصال شد. برخی از Ca2+ موجود در ژل در طول شستشو حذف شدند، در نتیجه شبکه را بی‌ثبات کردند، به دلیل کاهش اتصال CS، و غشای کمتر نفوذپذیر را تشکیل دادند. از آنجایی که پلی ساکاریدها منشأ طبیعی دارند، ترکیب آنها بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، ALG یک کوپلیمر از (1،4) l- گولورونیک (G) و β d- مانورونیک اسید (M) است. ALGهای با G بالا، یونهای کلسیم و CS را سریعتر به هم متصل می کنند و شبکه ژل بازتر و متخلخل تری را نسبت به دانه های هیدروژل ساخته شده از ALG غنی از M تشکیل می دهند. استحکام و تخلخل ژل به نسبت بین مونومرها و ترکیب متوالی آنها بستگی دارد. اتصال CS همچنین می تواند تحت تأثیر اندازه دانه های کلسیم ALG باشد. در ذرات کوچکتر، کسری بالاتر از کل ALG بر روی سطح غالب بود. بنابراین، ذرات هیدروژل کوچکتر به دلیل نسبت سطح به حجم بالا به باقی مانده های CS بیشتری متصل می شوند. بالاتر استیل روی CS منجر به کاهش قابل‌توجهی در اتصال شدند زیرا چگالی بار برای هر گروه استیل معرفی‌شده کاهش می‌یابد، در نتیجه نیروهای الکترواستاتیک در فرآیند اتصال کاهش می‌یابد.

به طور کلی، پلی الکترولیت های کم MW PEC های کوچکتری را تشکیل می دهند

و برعکس، پلی الکترولیت های بزرگ اندازه PEC ها را افزایش می دهند. توسط Gåserød و همکاران گزارش شده است. (1998) که MW CS بر سرعت و میزان اتصال به دانه های ALG تأثیر می گذارد. MW CS کوچک به سرعت در ژل پخش شد و بسیار سریعتر متصل شد. بزرگترین مولکول های CS به سرعت به سطح دانه های هیدروژل متصل می شوند اما انتشار محدودی در شبکه ژل داشتند. اتصال CS به وضوح به اندازه منافذ ژل و اندازه مولکولی CS وابسته بود. آنها استدلال کردند که اندازه مولکولی بزرگترین CS شاید نزدیک به محدوده اندازه منافذ ژل است، و بنابراین، نتوانسته است به هسته های ژل نفوذ کند. برخلاف CS، پلی لیزین (PLL) با سرعت بیشتری به ژل های ALG با M بالا نسبت به ژل های ساخته شده از ALG با G بالا متصل می شود. PLL به دلیل طول مونومر کوتاه تر، این به دلیل جاذبه الکترواستاتیک قوی تر با شبکه ژل ALG، قدرت اتصال را افزایش داد ( Thu et al., 1996 ). یون‌های سدیم غیرژل‌کننده ممکن است تأثیر مثبتی بر اتصال داشته باشند. یون های سدیم نمی توانند به طور کامل جایگزین یون های کلسیم برای موقعیت در ALG شوند گروه های کربوکسیل ، منجر به ژل های ضعیف تر می شود. ریزذرات ذرات تهیه شده با MW CS کم متورم می شوند که دلیل آن تفاوت در انتشار CS در هسته ژل کپسول است. ضریب انبساط (قطر مرطوب / قطر خشک) با افزایش غلظت ALG کاهش یافت. دانه های کلسیم ALG بیشتر از میکروکپسول های تهیه شده با کلسیم و CS منبسط شدند. گسترش کمتر کپسول ها در سالین تولید شده با CS کمتر MW در 1.5٪ ALG به دلیل انتشار CS در هسته ژل کپسول و اتصال متقابل قوی تر یا کاهش نیروهای دافعه ناشی از گروه های آمین با بار مثبت بود. در غلظت‌های بالاتر ALG، فقدان تفاوت معنی‌دار به بسته‌بندی محکم‌تر ژل ALG نسبت داده شد، که اجازه انتشار کافی CS در ماتریس هسته را برای ایجاد تفاوت محسوس نمی‌داد. زمان ژل شدن یا زمان تشکیل PEC نیز ممکن است بر قدرت ژل یا انبساط میکروکپسول ها تأثیر بگذارد.

پیشرفت‌های اخیر در مجتمع‌های پلی الکترولیت/پروتئین شبیه مایسل

ناتاسا پیپا ،… کاستاس دمتزوس ، که در طراحی و توسعه نانو حامل های جدید ، 2018

2.2.1 خواص فیزیکوشیمیایی

پلی الکترولیت ( شکل 2.1 ) به عنوان یک ابزار نوآورانه، ساده و امیدوارکننده برای ارائه و هدف قرار دادن مواد زیست فعال درمانی پدید آمده اند. پلی‌الکترولیت‌ها توانایی تشکیل مجتمع‌ها/نانو کمپلکس‌ها را با مواد پلیمری با بار مخالف یا بیوماکرومولکول‌ها دارند و به همین دلایل منجر به کاربردهای مختلفی در بخش زیست‌پزشکی و صنایع داروسازی و (نانو) بیوتکنولوژی شده‌اند. پلی‌الکترولیت‌ها پلیمرها یا کوپلیمرهای هستند که حامل گروه‌های قابل یونیزاسیون هستند و هنگام آزاد کردن یون‌های کوچک، که اغلب یون‌های متضاد نامیده می‌شوند ، در محیط پراکندگی حلال اطراف، باردار می‌شوند ( Odijk, 1979; Sogami and Ise, 1984; Förster et al., 1992; بارات و جوانی، 1996؛ موتوکومار، 1997 ). خواص فیزیکوشیمیایی آنها به توزیع بار حمل شده در طول زنجیره، معماری زنجیره پلیمری (وزن مولکولی، خواص خودآرایی یا پدیده های سطحی ماکرومولکول) و البته ترکیب شیمیایی بستگی دارد. در مورد پلیمرهای بدون گروه‌های یونیزاسیون (پلیمرهای بدون بار)، وزن مولکولی، معماری ماکرومولکولی یا شبکه‌ای از زنجیره‌های پلیمری در نظر گرفته می‌شود که تأثیر عمده‌ای بر خواص فیزیکوشیمیایی یک پلیمر خنثی در محیط محلول/آبی دارد. وجود هر گونه بار در محلول حجیم/محیط آبی اطراف ماکرومولکول/پلیمر زنجیره نقش کلیدی در تعیین خواص فیزیکوشیمیایی پلی الکترولیت ها ایفا می کند ( Odijk, 1979; Sogami and Ise, 1984; Förster et al., 1992; Barrat and Joanny, 1996; Muthukumar, 1997 ). تفاوت بین خواص محلول پلی الکترولیت رقیق و نیمه رقیق با قدرت برهمکنش های بین مولکولی و درون مولکولی تعیین می شود. در یک محلول پلی الکترولیت نیمه رقیق، زنجیره های پلیمری با هم همپوشانی دارند و انفعالات بین مولکولی نقش عمده ای در تأثیرگذاری بر خواص سیال/مایع دارند. در محلول های رقیق، زنجیره های پلی الکترولیت پراکنده می شوند و برهمکنش های درون مولکولی خواص پراکندگی و رفتار نهایی سیستم های محلول را کنترل می کنند. با توجه به ادبیات، تلاقی بین محلول های رقیق و نیمه رقیق در غلظت های بسیار پایین تر از پلی الکترولیت نسبت به پراکندگی های پلیمری خنثی رخ می دهد ( Odijk، 1979؛ Sogami and Ise، 1984؛ Förster et al., 1992؛ Barrat and Joanny، 1996; موتوکومار، 1997 ). انتقال بین رژیم ها را می توان از طریق رابطه بین غلظت پلییون و خواص فیزیکوشیمیایی مشاهده کرد محیط پراکندگی (یعنی ویسکوزیته محلول). در محیط های آبی حاوی پلییون های دارای بار مثبت و منفی، یک کمپلکس پلی الکترولیت از طریق پیوند غیرکووالانسی بین گروه های دارای بار مخالف تشکیل می شود ( کوپر و همکاران، 2005، 2006؛ Kayitmazer و همکاران، 2013 ). این فرآیند کمپلکس شدن تحت تأثیر معماری ماکرومولکولی و چگالی بار هر پلییون قرار می گیرد. پلی یون ها را می توان به پلی آنیون های ضعیف و قوی Sogami ) یا پلی کاتیون ها (پلی بازها) تقسیم کرد ( and Ise, 1984؛ Förster et al., 1992؛ Barrat and Joanny, 1996؛ Muthukumar, 1997 ). این طبقه بندی بر اساس تعداد گروه های باردار در زنجیره پلییون است. پلی الکترولیت قوی پلی الکترولیتی است که در محدوده وسیعی از pH کاملاً تجزیه می شود (ثابت تفکیک اسید pKa آن در pH بسیار کم یا بسیار بالا است) و تمام گروه های آن در طول زنجیره کاملاً باردار می شوند ( Odijk, 1979; Sogami and Ise, 1984؛ Förster). و همکاران، 1992؛ بارات و جوانی، 1996؛ موتوکومار، 1997 ).

در بیشتر موارد، فرآیند کمپلکس سازی خودآرایی منجر به تشکیل میسل با یک هسته آبگریز و یک تاج پلی الکترولیتی می شود

( دان و تیرل، 1993؛ شوشارینا و همکاران، 1996؛ فورستر و همکاران، 2004؛ کوهن استوارت. و همکاران، 2005؛ هارادا و کاتائوکا، 2006؛ هیلز و پوچان، 2006 ). علاوه بر این، هنگامی که بلوک آبگریز دمای انتقال شیشه ای بالا را نشان می دهد، هسته در حالت شیشه ای است و میسل ها به عنوان منجمد شناخته می شوند. بنابراین، این سیستم ها را می توان به عنوان آنالوگ برس های پلی الکترولیت کروی در نظر گرفت و فرصتی را برای بررسی خواص پلی الکترولیت در شرایط با غلظت بالا فراهم می کند. در نهایت، ماهیت پلی الکترولیتی تاج این میسل‌ها آن‌ها را نسبت به تغییرات پارامترهای فیزیکوشیمیایی محلول حساس می‌کند، بنابراین امکان توسعه نانوذرات با استفاده بالقوه در کاربردهای مختلف تکنولوژیکی و دارویی فراهم می‌کند. بلوک پلی الکترولیت کوپلیمر موضوع مطالعات تجربی و نظری سیستماتیک در دهه های اخیر بوده و نتایج به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. دن و تیرل، 1993; شوشارینا و همکاران، 1996; فورستر و همکاران، 2004; کوهن استوارت و همکاران، 2005; هارادا و کاتائوکا، 2006; هیلز و پوچان، 2006 ).

از نقطه نظر عملی تر،

این میسل ها قادر به اتصال یون های دارای بار مخالف، مولکول های آلی، نانوذرات فلزی ، سورفکتانت ها یا ماکرومولکول های مصنوعی و بیولوژیکی از طریق برهمکنش های الکترواستاتیکی با تاج پلی الکترولیت میسلی هستند ( دان و تیرل، 1993؛ al Shusharinaet). 1996؛ فورستر و همکاران، 2004؛ کوهن استوارت و همکاران، 2005؛ هارادا و کاتائوکا، 2006؛ هیلز و پوچان، 2006 ). کاربردهای احتمالی چنین سیستم‌هایی شامل فرمول‌بندی لخته‌سازها و تثبیت‌کننده‌های پراکندگی کلوئیدی، اصلاح‌کننده‌های سطحی و پوشش‌های زیست سازگار، ماتریس‌های یون‌های فلزی و نانوذرات فلزی، حامل‌های ترکیبات فعال بیولوژیکی و داروها و غیره است. در این جهت مطالعات مختلفی وجود داشته است. بررسی های تجربی کمپلکس بین پلی الکترولیت بین میسل های کوپلیمر بلوک پلی الکترولیت و پلی الکترولیت های خطی با بار مخالف، که منجر به تشکیل انواع مختلف نانوساختارهای از جمله کمپلکس های محلول یا نامحلول، نانوذرات چند لایه، شبکه ها یا حتی ژل ها. به طور مشابه، برهمکنش میسل های پلی الکترولیت با کوپلیمرهای بلوک پلی الکترولیت آبدوست مضاعف به عنوان وسیله ای برای تهیه مجتمع های میسلی سه لایه هسته-پوسته-کرونا استفاده شده است ( دان و تیرل، 1993؛ شوشارینا و همکاران، 1996، 1996، För. کوهن استوارت و همکاران، 2005؛ هارادا و کاتائوکا، 2006؛ هیلز و پوچان، 2006 ).

نانوذرات آلژینات در دارورسانی

دکتر ثاقیب حسنین ،… محمد نیاز هدی ، که در آلژینات ها در تحویل دارو ، 2020

6.3.5 تکنیک کمپلکس سازی پلی الکترولیت

پلی الکترولیت ها مواد درشت مولکولی هستند که دارای گروه های عاملی قابل یونیزاسیون متعدد با وزن مولکولی متفاوت و همچنین ترکیبات شیمیایی هستند. در محلول‌های آبی، اینها تا حدی یا به طور کامل تفکیک می‌شوند تا بار روی ماکرومولکول‌ها [94] . PECs ) با مخلوط کردن همزمان محلول های باردار مختلف پلی الکترولیت می شوند. PEC نانوذرات ، پلی ساکاریدهای ممکن است خود را در محلول‌های آبی در نتیجه برهمکنش‌های آبگریز درون و/یا بین مولکولی پیوند دهند [95] . اگر هر الکترولیت با بار مثبت باشد، ممکن است با یون‌های کوچک با بار منفی نیز همراه باشد، یعنی بارهای روی پلی‌الکترولیت کوچک‌تر با بار متفاوت خنثی یون‌های متقابل که برای محافظت از خنثی‌سازی الکتریکی مناسب هستند . 96] .

نانوذرات آلژینات – کیتوزان به عنوان بستری برای تحویل کوئرستین استفاده شده است [97] . کوئرستین یک آنتی اکسیدان طبیعی است که دارای اثرات ضد التهابی، ضد آنافیلاکسی، ضد پیری و ضد تکثیر است. فرمولاسیون نانوذرات با اندازه ها و بارهای مختلف با تغییر دو پلی ساکارید تهیه شد. فعالیت آنتی اکسیدانی نانوذرات محصور شده با کورستین که محتوای کیتوزان بالاتری دارند در مقایسه با نانوذرات محصور شده با کورستین که آلژینات محتوای نانوذرات هیبریدی آلژینات- کیتوزان برای محصور کردن ویتامین B2 استفاده شده است [ 98] . آلژینات و کیتوزان ، تهیه‌شده توسط پرژل‌سازی پلی‌الکترولیت یونی، نشان دادند که راندمان کپسوله‌سازی دارو و قابلیت بارگیری دارو به ترتیب 5.6±55.9% و 0.6±2.2% اندازه‌گیری شد. میانگین اندازه و شاخص چندپراکندگی نانوذرات آلژینات/کیتوسان 9/49±5/119 به دست آمد.  نانومتر و 0.066±0.454 برای نانوذرات فاقد ویتامین B2 و 104.0±67.2  نانومتر و 0.068±0.319 برای نانوذرات حاوی ویتامین B2، به ترتیب. TEM مورفولوژی نانوذرات را تایید کرد ( شکل 6.5 ). پروفایل انتشار نشان داد که در آزادسازی ویتامین B2، آرامش پلیمری اصلی ترین رخداد تأثیرگذار بود. برای انجام مطالعات پایداری، این نانوذرات در دمای 4 درجه سانتیگراد نگهداری شدند و از نظر اندازه ذرات و همچنین چندپراکندگی مدت 5 ماه مورد ارزیابی قرار گرفتند و نتایج نشان داد که نانوذرات حاوی ویتامین B2 (از نظر اندازه و شاخص چند پراکندگی) پایدارتر هستند. مقایسه با نانوذرات فاقد ویتامین B2

مرحله‌ای بر اساس پیش ژل‌سازی یونی آلژینات

با استفاده از CaCl2 دو و سپس پیوند متقابل توسط کیتوزان کاتیونی [99] . همچنین از نانوذرات آلژینات- کیتوزان به عنوان وسیله نقلیه برای انتقال خوراکی کروسین استفاده شده است [100] . این نانوذرات PEC مملو از کروسین به عنوان رقیب احتمالی برای درمان‌های ضد سرطان آینده در نظر گرفته می‌شوند. انتشار دارو وابسته به pH بود. تورم این نانوذرات در pH اسیدی معده حداقل بود. با این حال، با عبور از دستگاه روده، میزان تورم به دلیل افزایش pH افزایش یافت. آزادسازی ناچیزی در pH 1.2 وجود داشت در حالی که در pH 7.4 حداکثر بود.

امروزه نانوذرات PEC سه پلیمری آلژینات- کیتوزان- پلورونیک توجه زیادی را به خود جلب کرده است زیرا این نانوذرات اغلب در غلظت کم (<0.1٪) با نسبت جرم نسبتاً کمتر فرموله می شوند [101] . این نانوذرات PEC به‌عنوان حامل کورکومین که بخش کوچک‌تری با حلالیت آب کم است. Pluronic به منظور رسیدگی به مشکل حلالیت کورکومین گنجانده شد. در همین حال، رهاسازی دارو از نانوذرات در مقایسه با میکروذرات و دانه‌ها بسیار سریع‌تر بود. این عملکرد بهتر به اندازه ذرات کوچکتر نانوذرات، که نسبت سطح به جرم بزرگی دارند، نسبت داده شد. راندمان محصورسازی داروی کورکومین در نانوذرات کیتوزان-آلژینات پلورونیک سه پلیمری PEC 5 تا 10 برابر بیشتر از نانوذرات کیتوزان-آلژینات (بدون پلورونیک) مشاهده شد، زیرا در حضور پلورونیک، کورکومین در یک حلالیتی بهتر بود. کلرید کلسیم . نانوذرات PEC هیبریدی ژلاتین-آلژینات کاتیونیزه بارگذاری شده با کورکومین با کمک ژلاتین و آلژینات سدیم متناسب با کاتیونی فرموله شده اند. [102] . اتیلن دی آمین برای استخراج ژلاتین کاتیونیزه از نانوذرات PEC ژلاتین-آلژینات کاتیونیزه استفاده شد که فعالیت ضد سرطانی را در سلول‌های MCF-7 نشان داد و بنابراین این نانوذرات می‌توانند در درمان امیدوارکننده استفاده شوند.

پلی الکترولیت

ساختارهای شیمیایی دو پلی الکترولیت مصنوعی، به عنوان مثال. در سمت چپ پلی (سدیم استایرن سولفونات) (PSS) و در سمت راست اسید پلی اکریلیک (PAA) قرار دارد. هر دو در صورت تفکیک پلی الکترولیت هایی با بار منفی هستند. PSS یک پلی الکترولیت “قوی” است (کاملاً در محلول شارژ می شود)، در حالی که PAA “ضعیف” (تا حدی شارژ شده) است.

پلی الکترولیت ها پلیمرهایی که واحدهای تکرار شونده آنها دارای یک الکترولیت هستند. کاتیون ها و پلی آنیون ها پلی الکترولیت هستند. این گروه ها تجزیه در محلول و پلیمرها را شارژ می کنند. بنابراین خواص پلی الکترولیت هم مشابه الکترولیت ها ( نمک ها ) و هم پلیمرها ( وزن مولکولی ) است و گاهی اوقات پلی نمک . مانند نمک ها، محلول های آنها رسانای الکتریکی هستند. مانند پلیمرها، محلول های آنها اغلب چسبناک هستند. زنجیره‌های مولکولی باردار، که معمولاً در سیستم‌های ماده نرم وجود دارند، نقش اساسی در تعیین ساختار، پایداری و برهم‌کنش‌های مجموعه‌های مولکولی مختلف دارند. رویکردهای نظری [1] برای توصیف خواص آماری آنها عمیقاً با همتایان خنثی الکتریکی آنها متفاوت است، در حالی که زمینه های فنی و صنعتی از ویژگی های منحصر به فرد آنها استفاده می کنند. بسیاری از مولکول های بیولوژیکی پلی الکترولیت هستند. به عنوان مثال، پلی پپتیدها ، گلیکوزآمینوگلیکان ها و DNA پلی الکترولیت هستند. هر دو پلی الکترولیت طبیعی و مصنوعی در صنایع مختلفی استفاده می شوند.

IUPAC تعریف

پلی الکترولیت: پلیمر متشکل از ماکرومولکول هایی که در آن بخش قابل توجهی از واحدهای تشکیل دهنده شامل گروه های یونی یا قابل یونیزاسیون یا هر دو است. [2] یادداشت ها:

  1. اصطلاحات پلی الکترولیت، الکترولیت پلیمری و الکترولیت پلیمری را نباید با واژه الکترولیت پلیمری جامد اشتباه گرفت.
  2. پلی الکترولیت ها می توانند مصنوعی یا طبیعی باشند. اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها، اسیدهای تیکوئیک، برخی پلی پپتیدها و برخی پلی ساکاریدها نمونه هایی از پلی الکترولیت های طبیعی هستند.

شارژ پلی الکترولیت

اسیدها طبقه بندی می شوند ضعیف یا قوی (و بازها به طور مشابه ممکن است ضعیف یا قوی باشند). به طور مشابه، پلی الکترولیت ها را می توان به انواع “ضعیف” و “قوی” تقسیم کرد. به طور کامل در محلول تجزیه می شود pH . در مقابل، یک پلی الکترولیت “ضعیف” دارای یک ثابت تفکیک (pKa یا pKb) در محدوده 2 تا ~ 10 است، به این معنی که در pH متوسط ​​تا حدی تجزیه می شود. بنابراین، پلی‌الکترولیت‌های ضعیف به طور کامل در محلول شارژ نمی‌شوند و علاوه بر این، بار جزئی آن‌ها را می‌توان با تغییر pH محلول، غلظت ضد یون یا قدرت یونی اصلاح کرد.

خواص فیزیکی محلول های پلی الکترولیت معمولاً به شدت تحت تأثیر این درجه شارژ قرار می گیرد. از آنجایی که تفکیک پلی الکترولیت یون های متضاد را آزاد می کند، این لزوماً بر قدرت یونی محلول و در نتیجه بر طول Debye . این به نوبه خود بر خواص دیگر مانند هدایت الکتریکی .

هنگامی که محلول های دو پلیمر با بار مخالف (یعنی محلول پلی کاتیون و یکی از پلی آنیون ) با هم مخلوط می شوند، معمولاً یک کمپلکس توده ای ( رسوب ) تشکیل می شود. این به این دلیل رخ می دهد که پلیمرهای دارای بار مخالف یکدیگر را جذب کرده و به یکدیگر متصل می شوند.

ترکیب پلی الکترولیت

ترکیب هر پلیمر تحت تأثیر عوامل متعددی قرار می گیرد: به ویژه معماری پلیمر و میل ترکیبی حلال. در مورد پلی الکترولیت ها شارژ نیز تاثیر دارد. در حالی که یک زنجیره پلیمری خطی بدون بار معمولاً در یک ترکیب تصادفی در محلول یافت می شود (تقریباً یک پیاده روی تصادفی یکدیگر را دفع می نیروهای دو لایه که باعث می شود زنجیره یک ترکیب میله مانند گسترش یافته تر را اتخاذ کنید. اگر محلول حاوی مقدار زیادی نمک اضافه شده باشد، بارها غربال می شوند و در نتیجه زنجیره پلی الکترولیت به یک ترکیب معمولی تر فرو می ریزد (که اساساً مشابه یک زنجیره خنثی در حلال ).

پلیمر ترکیب بر بسیاری از خواص توده ای (مانند ویسکوزیته ، کدورت و غیره) تأثیر می گذارد. اگرچه ترکیب آماری پلی‌الکترولیت‌ها را می‌توان با استفاده از انواع تئوری پلیمرهای مرسوم به دست آورد، به دلیل ماهیت دوربرد برهم‌کنش الکترواستاتیک، به طور کلی مدل‌سازی صحیح زنجیره‌های پلی‌الکترولیت از نظر محاسباتی بسیار سخت است. تکنیک هایی مانند پراکندگی نور ساکن برای مطالعه ساختار پلی الکترولیت و تغییرات ساختاری می توان از

پلی آمفولیت ها

پلی الکترولیت هایی که دارای هر دو گروه تکرار کاتیونی و آنیونی هستند، پلی آمفولیت . رقابت بین تعادل اسید و باز این گروه ها منجر به عوارض اضافی در رفتار فیزیکی آنها می شود. این پلیمرها معمولاً تنها زمانی حل می شوند که نمک اضافه شده کافی وجود داشته باشد، که فعل و انفعالات بین بخش های دارای بار مخالف را بررسی می کند. در مورد هیدروژل‌های ماکرو متخلخل آمفوتریک، عمل محلول نمک غلیظ منجر به انحلال مواد پلی‌آمفولیت به دلیل اتصال عرضی کووالانسی ماکرومولکول‌ها نمی‌شود. هیدروژل‌های ماکرو متخلخل مصنوعی سه بعدی توانایی عالی برای جذب یون‌های فلزات سنگین در محدوده وسیعی از pH از محلول‌های آبی بسیار رقیق را نشان می‌دهند، که بعداً می‌تواند به عنوان جاذب برای تصفیه آب شور استفاده شود 3] [4] همه پروتئین‌ها [ پلی آمفولیت ها، زیرا برخی از اسیدهای آمینه تمایل به اسیدی دارند، در حالی که برخی دیگر بازی هستند.

IUPAC تعریف

پلیمر آمفولیتیک : پلی الکترولیت متشکل از ماکرومولکول های حاوی هر دو گروه کاتیونی و آنیونی یا گروه قابل یونیزاسیون مربوطه. توجه داشته باشید:

  • یک پلیمر آمفولیتیک که در آن گروه‌های یونی با علامت مخالف در همان گروه‌های آویز گنجانده شده‌اند، بسته به ساختار گروه‌های آویز، یک . پلیمر زوئیتریونی، نمک داخلی پلیمری یا پلی بتائین نامیده می‌شود

برنامه های کاربردی

پلی الکترولیت ها کاربردهای زیادی دارند که بیشتر مربوط به اصلاح جریان و خواص پایداری محلول ها و ژل . به عنوان مثال، آنها می توانند برای بی ثبات کردن یک سوسپانسیون کلوئیدی و برای شروع لخته (بارش) استفاده شوند. آنها همچنین می توانند برای انتقال بار سطحی به ذرات خنثی استفاده شوند و آنها را قادر می سازد در محلول آبی پراکنده شوند. بنابراین اغلب به عنوان غلیظ کننده ، امولسیفایر ، حالت ، شفاف کننده و حتی کشش استفاده می شود. آنها در تصفیه آب و برای بازیافت روغن استفاده می شوند. بسیاری از صابون ها، شامپوها و لوازم آرایشی دارای پلی الکترولیت هستند. علاوه بر این، آنها به بسیاری از غذاها و به بتن ( فوق روان ) اضافه می شوند. برخی از پلی الکترولیت هایی که روی برچسب مواد غذایی ظاهر می شوند عبارتند از: پکتین ، کاراگینان ، آلژینات ها و کربوکسی متیل سلولز . همه به جز آخرین منشاء طبیعی دارند. در نهایت در مواد مختلفی از جمله سیمان استفاده می شود.

از آنجا که برخی از آنها محلول در آب هستند، برای کاربردهای بیوشیمیایی و پزشکی نیز مورد بررسی قرار می گیرند. در حال حاضر تحقیقات زیادی در مورد استفاده از زیست سازگار پلی الکترولیت های ایمپلنت ، انتشار کنترل شده دارو و سایر کاربردها وجود دارد. بنابراین، اخیراً، مواد درشت متخلخل زیست سازگار و زیست تخریب پذیر متشکل از کمپلکس پلی الکترولیت توصیف شده است، جایی که این ماده تکثیر عالی سلول‌های پستانداران [5] و محرک‌های نرم مانند ماهیچه‌ها را نشان می‌دهد.

چند لایه

پلی الکترولیت ها در شکل گیری انواع جدیدی از مواد به نام پلی الکترولیت چندلایه ( PEM ) استفاده شده اند. این لایه های نازک با استفاده از لایه به لایه ( LbL تکنیک رسوب در طول رسوب LbL، یک بستر رشد مناسب (معمولاً باردار) بین حمام های رقیق محلول های پلی الکترولیت با بار مثبت و منفی فرو می رود. در طی هر فرورفتن مقدار کمی پلی الکترولیت جذب می‌شود و بار سطحی معکوس می‌شود، که امکان ساخت تدریجی و کنترل‌شده متقاطع الکترواستاتیکی لایه‌های پلی کاتیون-پلیانیون را فراهم می‌کند. دانشمندان کنترل ضخامت چنین لایه‌هایی را تا مقیاس تک نانومتری نشان داده‌اند. فیلم‌های LbL را می‌توان با جایگزین کردن گونه‌های باردار مانند نانوذرات یا پلاکت‌های رسی [6] به‌جای یکی از پلی‌الکترولیت‌ها یا علاوه بر آن، ساخت. رسوب LbL نیز با استفاده از پیوند هیدروژنی به جای الکترواستاتیک است. برای اطلاعات بیشتر در مورد ایجاد چند لایه، لطفاً ببینید جذب پلی الکترولیت .

مزایای اصلی پوشش‌های PEM عبارتند از توانایی پوشش دهی مطابق با اجسام (یعنی این تکنیک به پوشش اجسام مسطح محدود نمی‌شود)، مزایای زیست‌محیطی استفاده از فرآیندهای مبتنی بر آب، هزینه‌های معقول و استفاده از خواص شیمیایی خاص. فیلم برای اصلاح بیشتر، مانند سنتز فلزی یا نیمه هادی نانوذرات ، یا تخلخل انتقال فاز پوشش های ضد انعکاس نوری آبگریز ، و فوق .

پل زدن

باردار (یعنی آرایه‌ای از مولکول‌های DNA) اضافه شوند، ممکن است پدیده جالبی به نام پل‌سازی پلی‌الکترولیت ماکرویون‌های رخ دهد. [8] اصطلاح برهمکنش‌های پل‌سازی معمولاً به موقعیتی اطلاق می‌شود که یک زنجیره پلی‌الکترولیت منفرد می‌تواند ماکرویون با بار مخالف (مثلاً مولکول DNA) جذب شود، بنابراین پل‌های مولکولی ایجاد می‌کند و از طریق اتصال آن، برهمکنش‌های جذاب بین آنها را واسطه می‌کند.

در جداسازی ماکرویون‌های کوچک، زنجیره بین ماکرویون‌ها فشرده می‌شود و اثرات الکترواستاتیکی در سیستم کاملاً تحت تأثیر اثرات – سیستم به طور مؤثر تخلیه می‌شود. همانطور که جداسازی ماکرویون ها را افزایش می دهیم، زنجیره پلی الکترولیت جذب شده به آنها را به طور همزمان کش می دهیم. کشش زنجیر باعث ایجاد فعل و انفعالات جذاب فوق الذکر به دلیل خاصیت ارتجاعی لاستیکی .

به دلیل اتصال آن، رفتار زنجیره پلی‌الکترولیت تقریباً هیچ شباهتی به یون‌های غیر متصل محدود ندارد.

پلی اسید

در پلیمری اصطلاح الکترولیت است که از ماکرومولکول‌های حاوی اسیدی در بخش قابل توجهی از واحدهای تشکیل‌دهنده تشکیل شده است . گروه‌های –COOH ، –SO3H –PO3H2 _ یا . اسیدی عبارتند معمولاً از [9]

همچنین مشاهده کنید

  • پراکندگی
  • رزین تبادل یونی
  • نمک های پلی پیریدینیم

منابع

دو ژن، پیر ژیل (1979). مفاهیم مقیاس بندی در فیزیک پلیمر . انتشارات دانشگاه کرنل. شابک  0-8014-1203-X .

هس، م. جونز، آر جی. Kahovec، J. کیتایاما، تی. کراتوچویل، پ. کوبیسا، پ. مورمان، دبلیو. Stepto، RFT; تاباک، د. وهلیدال، جی. Wilks، ES (1 ژانویه 2006). “اصطلاحات پلیمرهای حاوی گروه های یونیزاسیون یا یونی و پلیمرهای حاوی یون (توصیه های IUPAC 2006)”. شیمی محض و کاربردی . 78 (11): 2067–2074. doi : 10.1351/pac200678112067 . S2CID  98243251 .

Kudaibergenov، S. (2012). “ژل‌های آمفوتریک ماکرو متخلخل جدید: تهیه و تعیین خصوصیات” . پلیمر اکسپرس 6 (5): 346-353. doi : 10.3144/expresspolymlett.2012.38 .

تاتیخانوا، جی اس. ساداکبایوا، ز.ک. بریلو، دی. گالاف، آی. عبدالین، کالیفرنیا؛ ادیلوف، ز. Kudaibergenov، SE (2012). “کمپلکس های فلزی کرایوژل های آمفوتریک بر پایه آلی آمین و متاکریلیک اسید”. سمپوزیوم ماکرومولکولی . 317-318: 18-27. doi : 10.1002/masy.201100065 .

بریلو، دی. الوسون، ال. کرسبوم، اچ (2012). “دکستران اکسید شده به عنوان اتصال دهنده برای داربست های کرایوژل کیتوزان و تشکیل مجتمع های پلی الکترولیت بین کیتوزان و ژلاتین”. ماکرومولکولی علوم زیستی . 12 (8): 1090-9. doi : 10.1002/mabi.201200023 . PMID  22674878 .

لی، گو سو؛ لی، یون جو؛ یون، کیونگ بیونگ (2001). “مجموعه لایه به لایه کریستال های زئولیت روی شیشه با پلی الکترولیت ها به عنوان جوهر یونی”. مجله انجمن شیمی آمریکا . 123 (40): 9769-79. doi : 10.1021/ja010517q . PMID  11583538 .

کویست، نیکو؛ لیانگ، هوامین؛ لوریلا، تری؛ سادووسکی، یانوش؛ یلیپرتولا، مارجو؛ ویتالا، تاپانی (2013). “تشخیص لایه های آلی فوق نازک و ضخیم با رزونانس پلاسمون سطحی سه طول موج و تحلیل حالت موجبر”. لانگمویر . 29 (27): 8561-71. doi : 10.1021 / la401084w . PMID  23758623 .

پودگورنیک، آر. Licher, M. (2006). “برهمکنش های پل الکترولیت بین ماکرومولکول های باردار”. نظر فعلی در علوم کلوئیدی و رابط . 11 (5): 273. doi : 10.1016/j.cocis.2006.08.001 .

هس، م. جونز، آر جی. Kahovec، J. کیتایاما، تی. کراتوچویل، پ. کوبیسا، پ. مورمان، دبلیو. Stepto، RFT; و همکاران (2006). “اصطلاحات پلیمرهای حاوی گروه های یونیزه یا یونی و پلیمرهای حاوی یون (توصیه های IUPAC 2006)” (PDF) . شیمی محض و کاربردی . 78 (11): doi : 10.1351/pac200678112067 . S2CID  98243251 .

پیوندهای خارجی

  • موسسه تحقیقاتی ماکس پلانک برای تحقیقات پلیمر، ماینز، آلمان
  • پلی الکترولیت ها: موسسه شیمی فیزیکی و نظری، دانشگاه رگنسبورگ، رگنسبورگ، آلمان
  • پلی الکترولیت ها: وادودارا، گجرات، هند

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.