Development of multifunctional smart polymer gels and composites  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
68750
Type NK
Principal investigator Zrínyi, Miklós
Title in Hungarian Multifunkcionális polimer gélek és kompozitok kifejlesztése
Title in English Development of multifunctional smart polymer gels and composites
Keywords in Hungarian lágy anyag, polimer gél, mágneses gél, poliaminosav gél, gélkollapszus
Keywords in English soft matter, polymer gels, ferrogel, amino acid derived polymer gel, collapse transition
Discipline
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Dept. of Biophysics and Radiation Biology (Semmelweis University)
Participants Fábián, Andrea
Filipcsei, Genovéva
Gábor-Hegyi, Béla
Gyenes, Tamás
Kamarásné Csetneki, Ildikó
Sinkó, Katalin
Sipőcz-Varga, Zsófia
Solt, Hanna
Szilágyi, András Ferenc
Torma, Viktória
Starting date 2007-07-01
Closing date 2010-12-31
Funding (in million HUF) 18.306
FTE (full time equivalent) 3.71
state closed project
Summary in Hungarian
Környezeti hatásokra érzékeny polimer gélek és kompozitok megjelenése a biológia és az orvos-biológia területén számos új lehetőségeket nyitott meg, pl: aktuátorokban, membránokban, szabályozott hatóanyag-leadó és energiaátadó rendszerekben történő alkamazások esetében.
A mágneses gélek mechanikai állapota külső mágneses térrel befolyásolható. Alkalmasan megválasztott mágneses tér segítségével az elemi mozgások mindegyike megvalósítható. Ez lehetővé teszi számunkra a rendkívül bonyolult biológiai mozgások mímelését.
Nanométer és/vagy mikrométer tartományba eső gél részecskék duzzadásfoka hőmérséklettel, pH-val, ionerősséggel, só koncentrációval, elegyösszetétellel, mágneses térrel és fénnyel befolyásolható. A duzzadásfok a gél fizikai és kémiai szerkezetétől függő mértékben - széles határok között, pillanatszerűen változtatható.
A polimer mátrixban rögzített, mágneses térrel párhuzamos sorokba rendezett gél részecskék térfogatváltozásának következtében a nanométer és/vagy mikrométer tartományba eső, csatornák alakíthatók ki. Ígyl olyan nyitó/záró mechanizmusú membrán fejleszthető ki, amely megteremti a lehetőségét a külső hatásokkal szabályozható hatóanyag leadásnak, valamint az oldatbeli molekulák méret és hidrofobitás szerinti elválasztásának.
A természetben előforduló 20 aminosav végtelenül változatos láncszerkezetű olyan polimer gél előállítását teszi lehetővé, amely biokompatibilis és bomlása (hidrolízise) szabályozható.
Summary
The ability of magnetic field sensitive composites to undergo a quick controllable change of shape can be used to create an artificially designed system possessing sensor- and actuator functions internally in the gel itself. The unique magnetoelastic properties may be used to create a wide range of motion and to control the shape change and movement, that are smooth and gentle similar to that observed in muscle. An understanding of coupling of elasticity with external fields in gels will hasten the gel engineering to switches, sensors, micromachines, biomimetic energy-transducing devices, and controlled delivery systems.
Temperature responsive core shell hydrogels can sense chemical environments such as pH, specific ions or molecules and allows self-regulated mass transfer. A novel thermoresponsive composite-gel membranes capable of regulating permeability in response to external temperature, pH and UV light change can act as reversible valves. The channels are designed to contain an ordered array of stimuli responsive core-shell type gel beads that can change their size in response to external stimuli. By varying the thickness of shell it is possible to tune the permeability of the membranes over a wide range.
Advances in the chemical synthesis of poly(amino acids) derived polymer gels represents a new class of materials with biodegradable properties.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Ferromágneses vagy szuperparamágneses CoO és Co3O4 nanoporok oldatfázisú szintetizálása felületaktív anyagok jelenlétében történt vagy termikus bontással kombinált lecsapásos vagy szol-gél módszerrel. A szol-gél módszer etil-acetát és 1-propanol keverékében eredményezte a legkisebb méretű (átlagosan 85 nm-es) és polidiszperzitású (70-100 nm), egységes alakú, gömbszerű részecskéket. Vizes és organikus közegű stabil mágneses és elektroreológiai folyadékokat is előállítottunk. Vizsgáltuk a reológiai tulajdonságaikat: annak ellenére, hogy az elektro- és magnetosztatika törvényei alapján homogén sztatikus térben hasonló reológiai viselkedés várható, mégis található olyan jelenség, amely – jelenlegi ismereteink szerint - csak az elektroreológia folyadékoknál lép fel. Ilyen például az elektrokonvekció, vagy az általunk részletesen tanulmányozott részecske elektrorotáció. Mágneses- és elektromos térre érzékeny kolloid részecskéket rugalmas polimerbe és polimer gélbe építettük be. Izotróp és anizotróp géleket egyaránt szintetizáltunk, és vizsgáltuk ezek mechanikai és termodinamikai tulajdonságait. Poliszukcinimid- és poliaszparaginsav alapú géleket szintén készítettünk és tanulmányoztuk ezek gélkollapszuson alapuló nyitó-záró mechanizmusát. Vizsgáltuk a duzzadásfok változásának nagyságát, valamint a folyamat kinetikáját. A hálóláncok hidrofil/hidrofób jellegét különböző polaritású molekulák főlánchoz történő ojtásával multifunkcionális polimer géleket lehetett szintetizálni.
Results in English
In the present work, CoO and Co3O4 nanoparticles were synthesized by various liquid-phase methods, namely, coprecipitation and sol-gel techniques combined with thermal decomposition. The best result (130-230 nm) could be achieved by application of cobalt nitrate, a carbonate agent and PDMS of 550 g mol-1. In the sol-gel procedures, the use of ethyl acetate yielded the finest particles with mean diameter of 85 nm and a narrow polydispersity (70-100 nm). The sol-gel method results in more spherical shaped and uniform particles, than those produced by coprecipitation. We have prepared magnetorheological and electrorheological fluids and studied the rheological behaviour as a function of external applied field. Isotropic and highly anisotropic magnetic field responsive gels were prepared and the deformation and the swelling under external fields were investigated on the basis of thermodynamic arguments. Chemically cross-linked poly(aspartic acid) (PASP) gels were prepared by the hydrolysis of poly(succinimide) (PSI). The PSI chains were cross-linked by natural amines and amino acid derivatives to obtain biodegradable, biocompatible hydrogels. The gels show a volume phase transition around the pK values of PASP. The most important network parameters were determined by a modified version of the Brannon–Peppas–Peppas theory. Kinetics of hydrolysis induced swelling as well as pure swelling of PSI and PASP gels were studied.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=68750
Decision
Yes





 

List of publications

  
T. Gyenes, V. Torma, B. Gyarmati, M. Zrínyi: Synthesis and swelling properties of novel pH-sensitive poly(aspartic acid) gels, Acta Biomaterialia, 2008
K. Sinkó, N. Hüsing, G. Goerigk, H. Peterlik: Nanostructure of gel-derived Aluminosilicate Materials, Langmuir, 2008
A. Meiszterics, K. Sinkó: Sol-gel derived calcium silicate ceramic, Colloid Surface A, 2008
K. Sinkó, A. Meiszterics, L. Rosta: Comparative study of calcium silicate bulk systems produced by different methods, Progress in Colloid and Polymer Science, 2008
K. Sinkó, V. Torma, A. Kovács: SAXS Investigation of Porous Nanostructures, J. Non-Cryst. Solids, 2008
T. Gyenes, V. Torma, M. Zrínyi: Swelling Properties of Aspartic Acid-Based Hydrogels, Colloids and Surface A., 2008
Fleit, E., Melicz, Z., Sándor, D., Zrínyi, M., Filipcsei, G., László, K., Dékány, I., Király, Z.: Intelligent Activated Sludge Operated by Nanotechnology - hydrogel microcarriers in wastewater treatment, Progress in Colloid and Polymer Science, 2008
Némethy Á, Szilágyi A, Filipcsei G, Tombácz E, Zrínyi M: Characterization of Poly(N-isopropylacrylamide) and Magnetic Poly(N-isopropylacrylamide), Progress in Colloid and Polymer Science, 2008
Zrínyi Miklós: Kis részecskék, nagy kihívások: különlege stulajdonságú lágy anyagok, Magyar Kémiai Folyóirat, 2008
K. Sinkó, A. Meiszterics, U. Vainio, C. Baehtz: Nanostructure of Gel-Derived Calcium Silicate Phosphate and Aluminum Oxide Biomaterials, DESY, Hasylab, 2008
G. Filipcsei, M. Zrínyi: Swelling of ferrogels in uniform magnetic field,: a theoretical approach, Periodica Polytechnika-Chemical Engineering, 2009
M.Zrinyi, M.Nakano, T.Tsujita: Development of Micro-motor for MEMS utilizing Novel Smart Polymers, Proceedings of Sixth International Conference on Flow Dynamics, 2009
K. Molnár, Zs. Varga, V. Torma, M.Zrínyi: Swelling Kinetics of Polyelectrolyte Gels, Proceedings of Sixth International Conference on Flow Dynamics, 2009
K. Sinkó, A. Meiszterics: Application of the sol-gel process in the preparation of bioceramics, Bioceramics: Properties, Preparations and Applications, 2009
K. Sinkó, A. Meiszterics, U. Vainio: Nanostructure of gel-derived calcium silicate, calcium silicate phosphate biomaterials, DESY, Hasylab, 2009
V. Torma, T. Gyenes, Z. Szakacs, M. Zrínyi: A novel potentiometric method for the determination of real crosslinking ratio of poly(aspartic acid) gels, Acta Biomaterialia, 2010
G. Filipcsei, M. Zrínyi: Magnetodeformation effects and swelling of ferrogels in uniform magnetic field, J. Phys.: Condens. Matter, 2010
Zs. Varga, K. Molnar, V. Torma, M. Zrinyi: Kinetics of volume change of poly(succinimid) gels during hydrolysis and swelling, Physical Chemistry Chemical Physics, 2010
M. Zrinyi, M. Gadhvi, M. Nakano, T. Tsujita: Study on Micro-motor utilizing Quincke Rotation of Novel Smart Polymers, Proceedings of the Tenth International symposium on Advanced Fluid Information and Transdisciplinary Fluid Integration, 2010
M. Zrinyi, M. Gadhvi, M. Nakano, T. Tsujita: Development of Micro-motor forMEMS utilizing Novel Smart Polymers II. From single particle rotaton to Rotating Polymer Disk, Proceedings of Seventh International Conference on Flow Dynamics, 2010
K. Sinkó: Influence of Chemical Conditions on Nanoporous Structure of Silicate Aerogels, Materials, 2010
A. Meiszterics, L. Rosta, H. Peterlik, J. Rohonczy, S. Kubuki, P. Henits, K. Sinkó: Structural characterization of gel-derived calcium silicate systems, J. Phys. Chem. A, 2010
K Sinkó, G. Szabó, M. Zrínyi: Liquid-phase syntheses of cobalt oxide nanoparticles, J. Nanosci. Nanotechn, 2011
M.Zrinyi: Colloidal particles that make smart polymer composites deform and rotate, Colloids and Surfaces A, 2011




 

Events of the project

  
2012-04-12 14:58:06
Résztvevők változása



Back »