Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)
100 %
Panel
Chemistry 1
Department or equivalent
Institute of Chemistry (Eötvös Loránd University)
Participants
Gilányi, Tibor Süvegh, Károly Szalai, István
Starting date
2007-07-01
Closing date
2011-07-31
Funding (in million HUF)
9.600
FTE (full time equivalent)
1.88
state
closed project
Summary in Hungarian
Korábbi vizsgálataink azt mutatták, hogy szemben az irodalomban általánosan elfogadott nézettel a poli(N- izopropil-akrilamid) alapú nanogél részecskék nem homogén, hanem mag/héj típusú belső szerkezettel rendelkeznek. Mivel a részecskék belső szerkezete alapvetően befolyásolja a nanogélek tulajdonságait (duzzadását ill. kölcsönhatását kismolekulájú anyagokkal), a pályázat első célkitűzése egy olyan eljárás kidolgozása melynek segítségével homogén nanogél részecskék állíthatók elő. Mivel a mag/héj szerkezet kialakulásának oka, hogy a keresztkötő monomer gyorsabban épül be a részecskébe a szintézis során, a homogén részecskék előállítása úgy valósítható meg, ha a monomereket szabályozottan adagoljuk a reakció elegyhez. Ahhoz, hogy a monomerek adagolását megfelelően tudjuk szabályozni, a részecske növekedés kinetikájának pontos ismerete szükséges. A kinetikai adatok ismeretében a homogén részecskék előállításán kívül egy egyszerű (egy lépéses) eljárás kidolgozását tervezzük szabályozott mag/héj típusú részecskék előállítására is. A pályázat keretében vizsgálni kívánjuk az előállított szabályozott belső szerkezetű nanogél részecskék szerkezetét, a kémiai és az elektromos szerkezet hatását a részecskék duzzadására és a kismolekula/nanogél kölcsönhatásra. Végül az előállított nanogélek és megfelelően választott oszcilláló reakciók segítségével új kemo-mechanikai rendszereket szeretnénk kidolgozni.
Summary
Our previous investigations indicated that the poly(N-izopropyl-acrylamid) nanogel particles have a core/shell structure in which a highly crosslinked core is surrounded by a loose shell of dangling branched polymer chains. Since the internal structure of the nanogel particles strongly affects the characteristics of the nanogels, one of our major goals is the preparation of pNIPAM nanogels having a uniform crosslink distribution. Taking into account that the core/shell structure of the native pNIPAM particles is the consequence of the faster incorporation of the crosslinker monomer into the gel particle, homogeneous internal structure can be achieved with the controlled addition of the momomers to the reaction mixture. In order to determine the appropriate monomer addition control the kinetics of the nanogel particle growth will be investigated in details. Based on the determined kinetic data a new simplified (one-step) preparation method will also be developed for the preparation of nanogel particles having controlled core/shell structure. The chemical and electrical structure of the prepared nanogels as well as the effect of the nanogel structure on nanogel/surfactant interaction will be investigated. Finally, new chemo-mechanical systems will be developed based on the prepared pH-sensitive nanogels and appropriately chosen pH oscillating reactions.
Final report
Results in Hungarian
Pályázatunk célja kontrolált belső szerkezetű intelligens nanogél részecskék előállítása és az előállított részecskék tulajdonságainak vizsgálata volt. Munkánk során négy fő területre koncentráltunk. 1. Vizsgáltuk a monomereknek a nanogél részecskékbe történő beépülését és ennek alapján olyan a monomerek szabályozott adagolásán alapuló eljárást dolgoztunk ki, ami lehetővé tette homogén belső szerkezetű nanogélek előállítását. Az előállított részecskék optikai tulajdonságai és duzzadása jelentős eltéréseket mutatott a klasszikus precipitációs polimerizációval készített részecskéktől. 2. A meghatározott kinetikai informaciók alapján a monomerek adagolásával szabályozott mag/héj szerkezetű nanogéleket állítottunk elő: pl. olyan PEO-héjjal sztérikusan stabilizált töltött nanogél részecskéket készítettünk, melyek ellentétesen töltött tenzidek jelenlétében is megőrizték kolloid stabilitásukat. 3. Vizsgáltuk a pNIPAm alapú nanogélek tenzidekkel való kölcsönhatását a nanogél részecskék kémiai és elektromos szerkezetének függvényében. 4. Vizsgáltuk, hogy a szilárd hordozóhoz kötött pNIPAm nanogélek esetén, hogyan befolyásolja a részecske és a hordozó kölcsönhatása a részecskék külső körülményekre adott válaszának sebességét. Kidolgoztunk egy egyszerű kovalens csatolási eljárást, ami lehetővé teszi, hogy a felszínen kötött részecskék a tömbfázisban lévő részecskékhez hasonlóan gyorsan reagáljanak a külső körülmények változására. Végül cellulóz nanoszálak segítségével sikerült a hatóanyag molekulák felvételére és leadására alkalmas nanogel multiréteget készítenünk.
Results in English
The main objective of our application was to prepare pNIPAm-based nanogel particles with controlled internal structure. Our work focused on four main fields of research. 1. We investigated the monomer consumption during the synthesis of pNIPAm nanogel particles and based on the determined kinetic information we developed a novel synthetic method to prepare nanogel particles with uniform crosslink density distribution. The prepared homogenous nanogel particles exhibited distinct properties compared to the particles prepared with the classical precipitation polymerization. 2. Based on the determined kinetic data we also developed a single step reaction for the preparation of controlled core/shell nanogel particles. Thus, we could prepare charged nanogels with a PEO shell that preserved their colloid stability even in the presence of oppositely charged surfactants. 3. We performed a systematic investigation of the nanogel/surfactant interaction in the function of the chemical and electric structure of the nanogel particles. 4. We investigated how the response dynamics of the surface bound nanogel particles is affected by the nanogel / interface interaction. We developed a simple covalent coupling technique that allows the formation nanogel monolayers that have as fast response dynamics as the nanogel particles suspended in the bulk phase. Finally using cellulose nanofibrils we formed a nanogel multilayer that could uptake and release test molecules.
Varga I; Valle-DelgadoJ.J; Claesson P: Tuning the response dynamics of surface bound pNIPAm-co-AAc microgels through the control of interfacial interactions, Langmuir, közlése előkészületben, 2011
Acciaro R., Kardos A., Varga I.: Preparation of pNIPAm core – PEO shell microgel particles in a single step procedure, Langmuir, közlése előkészületben, 2011
Varga, I.; Gilányi, T.: Effect of average crosslink density and local crosslink density distribution on the pNIPAm microgel / surfactant interaction, Langmuir, közlése előkészületben, 2011
Borsos A., Acciaro R., Meszaros, R.; Gilanyi, T.: Interaction of Cetyl Trimethylammonium Bromide with Poly-(N-Isopropylacrylamid-co-Acrylic Acid Copolymer Nanogel Particles), Prog. Colloid Polym. Sci., 135, 188-193., 2008
Varga I; Mészáros R; Makuška R; Claesson P; Gilányi T: Effect of graft density on the non-ionic bottle brush polymer / surfactant interaction, Langmuir, 25, 11383–11389., 2009
Claesson, P. M.; Makuska, R.; Varga, I.; Meszaros, R.; Titmuss, S.; Linse, P.; Pedersen, J. S.; Stubenrauch, C.: Bottle-Brush Polymers - Adsorption at Surfaces and Interactions with Surfactants, Adv. Colloid & Interface Science, 155, 50-57., 2010
Borsos A.; Gilányi T.: Interaction of Cetyl-trimethylammonium Bromide with Swollen and Collapsed Poly(N-isopropylacrylamide) Nanogel Particles, Langmuir, 27, 3461–3467., 2011
Acciaro, R.; Aulin, C.; Wågberg, L.; Lindström, T.; Claesson, P. M.; Varga, I.: Investigation of the formation, structure and release characteristics of self-assembled composite films of cellulose nanofibrilles and temperature responsive microgels, Soft Matter, 7, 1369 – 1377., 2011
Acciaro R., Gilanyi T., Varga I.: Preparation of Monodisperse Poly(N-isopropylacrylamide) Microgel Particles with Homogenous Cross-Link Density Distribution, Langmuir, 27, 7917-7925., 2011
Borsos, A.; Gilanyi, T.: Transition from Thermodynamically Stable Solution to Colloid Dispersion State of the Poly(N-isopropyl acrylamide) Microgel Systems, J. Coll. Int. Sci., Közlésre elküldve, 2011
