Thiết kế mạng Poly(tert-Butyl Acrylate) cho ứng dụng y sinh - Danielle R. Lewis
Luận án tiến sĩ thiết kế mạng Poly(tert-Butyl Acrylate) cho ứng dụng y sinh. Nghiên cứu cấu trúc polymer, tính chất sinh học và phương pháp tổng hợp crosslink.
Columbia University
Luan An
Luận án
Năm xuất bản
Số trang
117
Thời gian đọc
18 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Mạng Poly tert Butyl Acrylate Cho Y Sinh
Poly(tert-butyl acrylate) (PtBA) đang trở thành vật liệu quan trọng trong ứng dụng y sinh. Nghiên cứu tập trung vào thiết kế mạng polyme có cấu trúc được kiểm soát. Mạng PtBA cung cấp tính chất cơ học tốt và khả năng tương thích sinh học cao. Việc kiểm soát cấu trúc mạng quyết định hiệu suất cuối cùng của vật liệu. Các yếu tố như nhiệt độ đóng rắn, nồng độ chất liên kết ngang và dung môi ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc. Quá trình tổng hợp bao gồm radical polymerization và click chemistry. Mỗi phương pháp tạo ra mạng polyme với đặc tính riêng biệt. Nghiên cứu này khám phá cách tối ưu hóa các thông số để đạt được mạng đồng nhất. Ứng dụng y sinh yêu cầu vật liệu có độ tin cậy cao và tính tương thích sinh học tuyệt vời.
1.1. Đặc Điểm Mạng Polyme PtBA
Mạng polyme PtBA được hình thành thông qua liên kết hóa học giữa các chuỗi polymer. Cấu trúc ba chiều tạo ra tính chất cơ học độc đáo. Mật độ liên kết ngang xác định độ cứng và khả năng trương nở của mạng. Các mạng có thể được thiết kế với trọng lượng phân tử giữa các điểm liên kết xác định. Điều này cho phép kiểm soát chính xác các tính chất vật liệu. Mạng PtBA thể hiện độ bền hóa học tốt trong môi trường sinh học. Khả năng điều chỉnh cấu trúc làm cho PtBA phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.
1.2. Ứng Dụng Biocompatible Polymer
Polyme tương thích sinh học không gây phản ứng độc hại với tế bào sống. PtBA cho thấy tiềm năng lớn như một biocompatible polymer trong y học. Vật liệu có thể được sử dụng làm lớp phủ cho thiết bị y tế. Nghiên cứu tế bào chứng minh khả năng tương thích tốt với nhiều loại tế bào. Độ dày lớp phủ ảnh hưởng đến phản ứng tế bào. Các cấu trúc topography khác nhau được kiểm tra để tối ưu hóa tương tác tế bào. Kết quả mở ra hướng phát triển vật liệu cấy ghép và hệ thống phân phối thuốc.
1.3. Phương Pháp Tổng Hợp Polymer Network
Radical polymerization là phương pháp phổ biến để tạo mạng PtBA. Quá trình sử dụng chất khởi đầu gốc tự do và crosslinking agent. Nhiệt độ và thời gian phản ứng cần được kiểm soát chặt chẽ. Click chemistry cung cấp cách tiếp cận chính xác hơn cho mạng end-linked. Phản ứng cycloaddition giữa azide và alkyne tạo liên kết ổn định. Phương pháp này cho phép tổng hợp mạng đồng nhất với cấu trúc xác định. Lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể.
II. Quy Trình Đóng Rắn Mạng PtBA Trong Dung Môi
Quá trình đóng rắn ảnh hưởng mạnh đến cấu trúc mạng polyme cuối cùng. Sự bay hơi của dung môi trong quá trình đóng rắn thay đổi nồng độ tiền chất. Khuôn đậy và khuôn hở tạo ra các mạng có cấu trúc khác biệt. Nhiệt độ đóng rắn quyết định tốc độ phản ứng và sự hình thành mạng. Lượng và chất lượng dung môi ảnh hưởng đến cấu trúc mạng polymer. Thí nghiệm lưu biến và trương nở được sử dụng để phân tích cấu trúc. Lý thuyết trương nở cân bằng giúp suy luận cấu trúc mạng. Kiểm soát các thông số này tạo ra vật liệu với tính chất mong muốn. Quá trình postcure và aging cũng được nghiên cứu để hiểu sự biến đổi theo thời gian.
2.1. Ảnh Hưởng Bay Hơi Dung Môi
Bay hơi dung môi trong khuôn hở làm tăng nồng độ monomer và crosslinking agent. Nồng độ cao hơn dẫn đến mật độ liên kết ngang tăng. Khuôn đậy ngăn chặn bay hơi và duy trì nồng độ ban đầu. Sự khác biệt này tạo ra mạng với độ cứng khác nhau. Đo lường trương nở cho thấy mạng từ khuôn hở có độ trương nở thấp hơn. Điều này xác nhận mật độ liên kết ngang cao hơn. Kiểm soát bay hơi là yếu tố quan trọng trong thiết kế mạng.
2.2. Thông Số Hòa Tan Của Mạng PtBA
Thông số hòa tan (solubility parameter) đặc trưng cho tương tác polyme-dung môi. Giá trị này ảnh hưởng đến khả năng trương nở của mạng. Dung môi có thông số gần với polyme tạo trương nở tốt hơn. Thí nghiệm với các dung môi khác nhau xác định thông số tối ưu. Kết quả giúp dự đoán hành vi của mạng trong môi trường sinh học. Thông số hòa tan cũng liên quan đến tính tương thích sinh học. Hiểu biết này hỗ trợ lựa chọn dung môi phù hợp cho ứng dụng cụ thể.
2.3. Nồng Độ Chất Liên Kết Ngang
Nồng độ chất liên kết ngang (crosslinking agent) kiểm soát mật độ mạng. Nồng độ cao tạo mạng chặt với độ cứng lớn. Nồng độ thấp cho mạng mềm và dễ trương nở hơn. Quá trình chiết xuất loại bỏ các chuỗi polyme không liên kết. Lượng vật liệu chiết xuất phản ánh hiệu quả liên kết ngang. Tối ưu hóa nồng độ cần cân bằng giữa độ cứng và tính linh hoạt. Ứng dụng y sinh thường yêu cầu mạng với độ mềm nhất định.
III. Mạng PtBA End Linked Bằng Click Chemistry
Click chemistry cung cấp phương pháp tổng hợp mạng polyme đồng nhất. Phản ứng giữa azide và alkyne được xúc tác bởi đồng(I). Macromonomer α,ω-azido PtBA được tổng hợp với trọng lượng phân tử xác định. Chất liên kết alkyne đa chức kết nối các chuỗi polyme. Phản ứng diễn ra hiệu quả ở nhiệt độ phòng. Mạng thu được có trọng lượng phân tử giữa các điểm liên kết được kiểm soát chính xác. Phương pháp này vượt trội so với radical polymerization trong việc tạo mạng đồng nhất. Thí nghiệm trương nở và lưu biến xác nhận cấu trúc mạng. Modulated differential scanning calorimetry (MDSC) phân tích tính chất nhiệt. Gel point được xác định để hiểu quá trình hình thành mạng. Kỹ thuật này mở ra khả năng thiết kế vật liệu với tính chất được điều chỉnh chính xác.
3.1. Tổng Hợp Macromonomer α ω Azido
Macromonomer α,ω-azido PtBA là tiền chất cho mạng end-linked. Tổng hợp sử dụng atom transfer radical polymerization (ATRP). Phương pháp này kiểm soát chính xác trọng lượng phân tử và phân bố. Nhóm azido ở hai đầu chuỗi tham gia phản ứng click. Đặc tính hóa bằng NMR và GPC xác nhận cấu trúc. Macromonomer có độ phân tán phân tử thấp. Chất lượng cao của tiền chất đảm bảo mạng đồng nhất.
3.2. Phản Ứng Cycloaddition Azide Alkyne
Phản ứng cycloaddition được xúc tác bởi Cu(I) tạo vòng triazole. Liên kết này rất ổn định và không bị thủy phân. Phản ứng diễn ra nhanh và hiệu quả cao. Không cần nhiệt độ cao hoặc điều kiện khắc nghiệt. Chất xúc tác Cu(I) được tạo in situ từ Cu(II) và chất khử. Tỷ lệ azide và alkyne ảnh hưởng đến cấu trúc mạng. Kiểm soát tỷ lệ cho phép điều chỉnh tính chất cơ học.
3.3. Đặc Tính Trương Nở Và Lưu Biến
Thí nghiệm trương nở đo khả năng hấp thụ dung môi của mạng. Độ trương nở liên quan trực tiếp đến mật độ liên kết ngang. Mạng end-linked cho độ trương nở đồng đều và có thể dự đoán. Lưu biến đo modulus đàn hồi và độ nhớt. Modulus tăng với mật độ liên kết ngang cao hơn. Kết quả phù hợp với lý thuyết mạng cao su. Dữ liệu xác nhận cấu trúc đồng nhất của mạng click chemistry.
IV. Tính Tương Thích Sinh Học Của Cấu Trúc PtBA
Nghiên cứu biocompatibility đánh giá khả năng ứng dụng PtBA trong y sinh. Các cấu trúc topography khác nhau được kiểm tra với tế bào sống. Lớp phủ mỏng được tạo bằng spin coating và CO2 siêu tới hạn. Mạng liên kết ngang cũng được đánh giá về tính tương thích. Tế bào được nuôi cấy trên bề mặt PtBA trong điều kiện kiểm soát. Khả năng sống của tế bào được đo bằng các xét nghiệm sinh học. Kết quả cho thấy PtBA có tính tương thích sinh học tốt. Độ dày lớp phủ ảnh hưởng đến phản ứng tế bào. Lớp mỏng hơn 100nm cho phép tế bào cảm nhận bề mặt bên dưới. Nghiên cứu xác định ngưỡng độ dày tối thiểu cho lớp phủ polyme hiệu quả. Quá trình khử trùng không làm thay đổi tính chất vật liệu. Kết quả hứa hẹn cho ứng dụng thiết bị y tế và vật liệu cấy ghép.
4.1. Chuẩn Bị Mẫu PtBA Cho Thử Nghiệm
Mẫu PtBA được tổng hợp với các cấu trúc topography khác nhau. Spin coating tạo lớp phủ mỏng đồng đều trên substrate. CO2 siêu tới hạn tạo lớp brush với độ dày kiểm soát. Mạng liên kết ngang được đóng rắn trong khuôn. Tất cả mẫu được khử trùng trước khi tiếp xúc với tế bào. Phương pháp khử trùng bao gồm UV và ethanol. Đặc tính hóa sau khử trùng xác nhận cấu trúc không thay đổi.
4.2. Nuôi Cấy Tế Bào Trên Bề Mặt PtBA
Tế bào được gieo lên bề mặt PtBA với mật độ kiểm soát. Môi trường nuôi cấy cung cấp dinh dưỡng cần thiết. Điều kiện nuôi cấy được duy trì ổn định về nhiệt độ và CO2. Tế bào được quan sát định kỳ để đánh giá hình thái. Lịch trình thay môi trường được tuân thủ nghiêm ngặt. Thời gian nuôi cấy từ 24 giờ đến nhiều ngày. Quan sát cho thấy tế bào bám dính và phát triển tốt.
4.3. Đánh Giá Khả Năng Sống Tế Bào
Xét nghiệm viability test đo tỷ lệ tế bào sống. Phương pháp sử dụng thuốc nhuộm hu형quang phân biệt tế bào sống và chết. Kết quả định lượng bằng kính hiển vi huỳnh quang hoặc flow cytometry. Tế bào trên PtBA cho tỷ lệ sống tương đương với mẫu đối chứng. Không có dấu hiệu độc tính hoặc phản ứng viêm. Kết quả khẳng định PtBA là polyme tương thích sinh học. Độ dày lớp phủ tối thiểu 100nm cần thiết để che phủ hoàn toàn substrate.
V. Lý Thuyết Mạng Polyme Và Trương Nở
Lý thuyết mạng polyme mô tả mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất. Flory-Rehner theory dự đoán độ trương nở cân bằng của mạng. Lý thuyết rubber elasticity liên hệ modulus với mật độ liên kết ngang. Trọng lượng phân tử giữa các điểm liên kết (Mc) là thông số quan trọng. Mc xác định tính chất cơ học và khả năng trương nở. Thí nghiệm trương nở cung cấp dữ liệu để tính Mc. Lưu biến đo modulus đàn hồi liên quan đến Mc. Sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm xác nhận cấu trúc mạng. Mạng không đồng nhất từ radical polymerization cho độ lệch lớn. Mạng end-linked từ click chemistry phù hợp tốt với lý thuyết. Hiểu biết lý thuyết hướng dẫn thiết kế vật liệu với tính chất mục tiêu.
5.1. Lý Thuyết Flory Rehner
Flory-Rehner theory mô tả trương nở cân bằng của mạng polyme. Lý thuyết cân bằng năng lượng trộn lẫn và năng lượng đàn hồi. Thông số tương tác chi (χ) đặc trưng cho tương tác polyme-dung môi. Mc được tính từ độ trương nở và χ. Phương trình Flory-Rehner áp dụng cho mạng lý tưởng. Mạng thực tế có khuyết tật như vòng và đầu tự do. Sự hiện diện của khuyết tật làm giảm độ chính xác của tính toán.
5.2. Lý Thuyết Đàn Hồi Cao Su
Rubber elasticity theory liên hệ modulus với cấu trúc mạng. Modulus đàn hồi tỷ lệ với mật độ liên kết ngang. Phương trình cơ bản: G = ρRT/Mc. G là modulus, ρ là mật độ, R là hằng số khí, T là nhiệt độ. Lý thuyết giả định mạng phantom hoặc affine. Mạng thực tế nằm giữa hai giới hạn này. Đo lưu biến cung cấp G để tính Mc.
5.3. So Sánh Mạng Đồng Nhất Và Không Đồng Nhất
Mạng từ radical polymerization có phân bố Mc rộng. Sự không đồng nhất tạo ra vùng mềm và cứng khác nhau. Mạng end-linked có Mc đồng đều và xác định. Click chemistry tạo mạng gần như lý tưởng. Độ trương nở của mạng đồng nhất dự đoán chính xác hơn. Tính chất cơ học ổn định và có thể tái lập. Ứng dụng y sinh ưu tiên mạng đồng nhất để đảm bảo độ tin cậy.
VI. Hydrogel Y Sinh Từ Mạng PtBA
Hydrogel là mạng polyme có khả năng hấp thụ nước cao. PtBA có thể được chuyển hóa thành hydrogel thông qua thủy phân. Nhóm tert-butyl ester bị cắt tạo thành poly(acrylic acid). Hydrogel y sinh cần tính tương thích sinh học và tính chất cơ học phù hợp. Khả năng trương nở trong môi trường sinh lý rất quan trọng. Mạng PtBA ban đầu xác định cấu trúc của hydrogel sau thủy phân. Kiểm soát mật độ liên kết ngang điều chỉnh độ cứng hydrogel. Ứng dụng bao gồm phân phối thuốc, kỹ thuật mô và vật liệu cấy ghép. Khả năng phân hủy sinh học có thể được thiết kế vào mạng. Nghiên cứu này cung cấp nền tảng cho phát triển hydrogel y sinh tiên tiến. Sự kết hợp giữa thiết kế mạng chính xác và tính tương thích sinh học tạo ra vật liệu đầy hứa hẹn.
6.1. Thủy Phân Nhóm Tert Butyl Ester
Nhóm tert-butyl ester trên PtBA có thể bị thủy phân. Phản ứng sử dụng acid hoặc base làm xúc tác. Sản phẩm là poly(acrylic acid) với nhóm carboxylic acid. Quá trình thủy phân có thể kiểm soát để đạt mức độ chuyển hóa mong muốn. Thủy phân một phần tạo copolymer với tính chất trung gian. Thủy phân hoàn toàn cho hydrogel với khả năng trương nở cao. Điều kiện phản ứng ảnh hưởng đến cấu trúc mạng cuối cùng.
6.2. Tính Chất Trương Nở Trong Nước
Hydrogel từ PtBA trương nở mạnh trong nước. Nhóm carboxylic acid ion hóa ở pH sinh lý. Ion hóa tạo áp suất thẩm thấu làm tăng trương nở. pH và nồng độ ion ảnh hưởng đến độ trương nở. Khả năng đáp ứng với môi trường hữu ích cho phân phối thuốc. Mạng có thể được thiết kế để phóng thích thuốc theo điều kiện. Kiểm soát trương nở quan trọng cho ứng dụng cấy ghép.
6.3. Ứng Dụng Trong Kỹ Thuật Mô
Hydrogel y sinh cung cấp môi trường ba chiều cho tế bào. Cấu trúc mạng bắt chước ma trận ngoại bào tự nhiên. Tế bào có thể bám dính, di chuyển và phát triển trong hydrogel. Tính chất cơ học có thể điều chỉnh để phù hợp với mô cụ thể. Khả năng khuếch tán dinh dưỡng và khí quan trọng cho sự sống tế bào. Hydrogel PtBA cho thấy tiềm năng trong tái tạo mô sụn và xương. Nghiên cứu tiếp tục tối ưu hóa vật liệu cho các ứng dụng lâm sàng.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (117 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộTHE DESIGN OF POLY(tert-BUTYL ACRYLATE) NETWORKS FOR BIOMEDICAL APPLICATIONS DANIELLE R. LEWIS SUBMITTED IN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF DOCTOR OF PHILOSOPHY IN THE GRADUATE SCHOOL OF ARTS AND SCIENCES COLUMBIA UNIVERSITY 2006 UMI Number: 3237270 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction. In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted.
Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion. ® UMI UMI Microform 3237270 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code.
ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 © 2006 Danielle R. Lewis All Rights Reserved Abstract The Design of Poly(tert-Butyl Acrylate) Networks for Biomedical Applications Danielle R. Lewis The organization of this Dissertation is as follows.
Chapter 1 serves an an introduction to polymer networks. Different types of networks are described, as well as some rele- vant theoretical models used to characterize such networks. Chapter 2 discusses how different curing processes affect the final network structures of poly(tert-butyl acry- late) (poly(t-BA)) gels. Specifically, uncovered and covered molds are investigated in order to see how evaporation of the precursor solution effects the final network structure.
Different curing temperatures as well as different amounts and qualities of solvents are also explored. Rheological and swelling experiments are used in con- junction with equilibrium swelling theories in order to deduce poly(t-BA) network structure. Chapter 3 discusses the biocompatibility of various poly(t-BA) topogra- phies, namely brushes formed by both spin coating and supercritical carbon dioxide, and crosslinked networks. This investigation explored the possibility of using poly(t- BA) as a biomaterial, as well as answering the question of how thin we can make polymer coatings before the cells begin to respond to the underlying surface beneath the polymer layer.
Chapter 4 discusses the synthesis of end-linked networks, which are far more homogeneous in nature than networks made by free radical polymeriza- tion. One approach taken is the so-called “click chemistry” approach is discussed and results in networks that have very well-defined molecular weights between crosslinks. These end-linking procedures leads to an easy and reliable approach for making ho- mogeneous networks. Chapter 5 concludes this Dissertation with a summary and possible future outlooks.
Contents List of i;1 i11“. aaA đa List of FigUr©s. Quà gà kia Acknowledgements. HQ ng kg kia 1 Introduction 11 Polymer networks.4 Conditions for the formation of infinite networks Types ofcrosslinks.
000000 Natural and synthetic polymers .5 Factors that influence sweling.-004 12 2 Networks crosslinked in the presence of solvent 2.1 Formation of poly(t-BA) networks. ee eee ee ees 22.3 Results and Discussion.1 Evaporation of precursor solution .2 Solubility parameter of poly(t-BA) network .3 Effect of crosslinker concentration and extraction of poly(t-BA) networks.4 Solvent quantity and quality influences on poly(t-BA) network Structure. Q Q Q Q HQ HQ HQ ng Q k k k v k k xa 36 2.5 Postcure of poly(t-BA) networks .6 Aging of poly(t-BA) networks.7 Normal force effects in parallel plate rheology. 51 3 Model poly(tert-butyal acrylate) networks 57 3.
cv và kg kg va 58 3. eee ee ee ee 61 3.1 Synthesis of a,w-terminated vinyl acrylate end-linked networks 61 3.2 Synthesis of a,w-azido poly(t-BA) model networks .3 Cleavage of tert-butyl ester group on the a, w-terminated vinyl acrylate macromonomer .4 Swelling of a,w-terminated vinyl acrylate end-linked networks 63 3.5 Modulated differential scanning calorimetry of a, w-azido poly(t- BA) macromonomer.6 Swelling of a,w-azido poly(t-BA) model networks .27 Rheology of a, w-azido poly(t-BA) model networks .3 Results and Discussion.1 a,w-terminated vinyl acrylate macromonomers.2 Modulated differential scanning calorimetry of a, w-azido poly(t- BA) macromonomer. eee eee eae 66 3.3 Formation of model networks via copper(I)-catalyzed azide- alkyne cycloaddition. eee eee ee 67 3.4 Swelling of copper(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition model networks.5 Gel point ofcopper(T)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition model networks.
0 ek 70 4 Biocompatibility studies of poly(tert-butyl acrylate) architechtures 73 4.5 Cell seeding andculture .7 Cell viability test 2.9 Maintaining cells and feeding schedule .3 Results and Discussion .1 Sterilization of poly(t-BA) samples .2 Hydrolysis of tert-butyl ester «2. ee ee 85 iii 4.3 Cell response to poly(t-BA) topographies “ca ca 1 LG DU 5 Conclusion 1V List of Tables 2.1 Solubility parameters of solvents by group contributions.2 Modulus and molecular weight between crosslinks for poly(t-BA) net- works prepared in uncovered molds .3 Modulus and molecular weight between crosslinks for poly(t-BA) net- works prepared in covered molds. pee eee ns 56 3.1 Swelling ratios of a,w-terminated vinyl acrylate networks.2 Conditions for a, w-azido poly(t-BA) network synthesis .3 Swelling ratios of a,w-azido poly(t-BA) networks .1 Swelling ratios of networks before and after TFA treatment. 88 List of Figures 1.1 Schematic representation of crosslinking procedure.2 Trifunctionally branched polymer .1 Schematic of Teflon® molds .2 Schematic of stainless steel molds.3 Evaporation of precursor solution in open Teflon® molds .4 Solubility parameter of poly(¢-BA) networks .0 Modulus of poly(t-BA) networks crosslinked in uncovered molds .6 Modulus of poly(¢-BA) nelworks.7 Swelling ratios of poly(t-BA) networks prepared in uncovered molds .8 Swelling ratios of poly(t-BA) networks prepared in covered molds .9 Sol fraction of poly(t-BA) networks .10 Glass transition temperature of poly(t-BA) networks .11 Thermal postcure of poly(t-BA) networks crosslinked in uncovered molds 48 2.12 Thermal postcure of poly(t-BA) networks crosslinked in covered molds 49 2.13 Aging of poly(t-BA) networks.14 Modulus of poly(¢-BA) networks with uncontrolled normal force.1 Types of network defects.2 Copper(I) catalyzed Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition reaction.3 Modulated DSC of a,w-azido poly(t-BA) macromonomer.5 Gel point of a,w-azido poly(t-BA) networks.1 Cell viability test for poly(t-BA) networks .2 Cleavage of tert-butyl group.3 Formation of poly(t-BA) and poly(AA) brushes.4 Cell viability response to poly(t-BA) brushes.5 Cell viability response to poly(AA) brushes.6 Cell viability response to poly(t-BA) networks.
93 Vil Acknowledgements It would not be fitting to submit this work without acknowledging the many people who have each had a tremendous impact on me along this journey. First and foremost, I would like to thank my thesis advisor, Jeffrey Koberstein for allowing me to work in his research group. His intellectual curiosity keeps his students inspired and yearning to learn more. Under his guidance, I feel prepared to conquer challenging science questions in the future.
I would like to express my graditude to my committee members for their continued support during my Ph. in my time. Thanks to Nina Shapley, who was always there when I needed an expert opinion on rheology. I am indebted to Helen Lu, whose collaboration on the biocompatibility studies allowed me to not only use her laboratory space and equipment for my research, but also taught me how to approach and conduct biological experiments.
And to Charles Maldarelli, your willingness to help was even more impressive since it came from our neighbor to the north, City College. I would also like to thank Sanat Kumar for his enthusiastic participation despite being at Columbia for only a few short months. Thanks to my fellow group members who have been there with me every step of the way. Special thanks to Dr.
Lucy Vojtova, who was the first one to take me under her wing whenI first joined this research group. Her enthusiasm was contagious, and she gave me the confidence to succeed at independent research. Derek Wong, I will forever be grateful for the wisdom and knowledge you were so free to share with me about science, research ideas, and life. And thanks to Kristen Moffat, who taught me invaluable biological research skills that I would not have learned otherwise.
While at Columbia Universtiy, I have had the priveledge of pursuing my Ph. alongside some of the most wonderful researchers. To Nicholas Hudak, Mona Utne Vili Larsen, Tracey Moraczewski, Joshua Gallaway, Doris Glykys, and Dr. Patrick John- son, you were not only my friends, you were also fellow collegues and I have learned a great deal from each and every one of you.
You all made my years here rich in knowl- edge, laughter, and fun. I will never forget the support you showed me throughout my years organizing the student seminars, nor the many happy hour beers we consumed after a hard day of work. I would also like to recognize my parents, Rick and Susan Lewis. Their constant love and encouragement gave me the strength to conquer this endeavor.
I know that no matter where life leads me they will be behind me all the way. And finally, I would like to say that this work would not be possible without the unwaivering love and support of Barry Rand. Barry, it was your steadfast belief in me that kept me sustained. And although I am closing this chapter of my life, I am excited about the new one I am about to begin with you.
ix For my parents, Rick and Susan, and for Barry Chapter 1 Introduction Abstract Research in polymer networks has seen constant interest for many decades. Although polymer networks come in many different forms, there is a strict criteria that must be met in order to technically qualify a material as a network. Classic theories of rubber and swelling have been used throughout the decades in order to attempt to describe such networks in a quantitative approach, with progress to both theories documented as certain phenomena were discovered. These topics will be reviewed in this chapter.1 Polymer networks A polymer network is an infinite molecular weight molecule composed of long polymer chains connected by junctions called crosslinks.
A more common word for a polymer Figure 1.1: Schematic representation of crosslinking procedure. The black dots represent crosslinks. network is a gel. It is these crosslinks that prevent the network from dissolving in solvent.
Instead, the network expands and swells to an equilibrium value. This concept will be described in detail later. Hydrogels are a specific type of network in that they swell in the presence of water. A physical characteristic of gelation is the occurrence of a sharp gel point.
The gel point is a well-defined stage in the polymerization at which the viscous liquid suddenly transforms to an elastic solid. Prior to the gel point, the polymer is soluble in suitable solvent. However, after the gel point, it is no longer entirely soluble in solvent [1]. The changes in polymer structure that occurs during the crosslinking of polymer chains is depicted in Fig.1 shows, the crosslinking procedure is a random one, with the only requirement of a crosslink being formed is that the pair of units be in suitable proximity at the instant of the formation of the linkage [1].
Because this random crosslinking process leads to inhomogeneities within the network, efforts have been made to design polymers with pre-determined sites for crosslinking. Many polymers have been synthesized in this manner and, as a result, more ordered final networks have been attained. This concept will be discussed in more detail in a later section.1 Applications Because of their ability to absorb many times their weight of water, hydrogels are ideal candidates for certain biomaterials. In 1960, Wichterle and Lim [2] were the first to report on using poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (poly(HEMA)) as a biomaterial for the application of contact lenses.
Since then, the literature on the synthesis of new polymer materials has exploded. Hydrogels have seen great use in the drug delivery area. Researchers are able to control the swelling properties and bioadhesive characteristics of the hydrogels in the presence of a biological fluid. Thus, hydrogels can be useful devices for releasing drugs in a controlled manner at desired sites in the body.
One relatively recent application of certain hydrogels is their use as polymer scaf- folds in tissue engineering.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Từ khóa và chủ đề nghiên cứu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Thiết kế mạng Poly(tert-Butyl Acrylate) cho ứng dụng y sinh" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ thiết kế mạng Poly(tert-Butyl Acrylate) cho ứng dụng y sinh. Nghiên cứu cấu trúc polymer, tính chất sinh học và phương pháp tổng hợp crosslink.
Luận án "Thiết kế mạng Poly(tert-Butyl Acrylate) cho ứng dụng y sinh" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Columbia University. Năm bảo vệ: 2006.
Luận án "Thiết kế mạng Poly(tert-Butyl Acrylate) cho ứng dụng y sinh" có bao nhiêu trang?
Luận án "Thiết kế mạng Poly(tert-Butyl Acrylate) cho ứng dụng y sinh" có 117 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Thiết kế mạng Poly(tert-Butyl Acrylate) cho ứng dụng y sinh" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.