Shape-memory polymers ΜΠΑΡΚΗΣ ΧΑΡΙΛΑΟΣ pH3362 Shape-memory polymers Marc Behl and Andreas Lendlein* Center for Biomaterial Development, Institute of Polymer Research, GKSS Research Center Geesthacht, Kantstr. 55, D-14513 Teltow, Germany

Shape-Memory Polymers (SMPs) Είναι μια αναδυόμενη κατηγορία ενεργών πολυμερών, που έχουν την δυνατότητα να αλλάζουν σχήμα, με προκαθορισμένο τρόπο όταν εκτεθούν σε κατάλληλο ερέθισμα (Α Β) Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα πλήθος εφαρμογών όπως Σε έξυπνα υφάσματα Σε heatshrinkable tubes Σε ταινίες για πακετάρισμα Σε sun sails Σε κινητά τηλέφωνα Σε ιατρικές συσκευές Σε εμφυτεύματα για ελαχιστοποίηση της επεμβατικής χειρουργικής

ΣΤΟΧΟΣ Θεμελιώδης πτυχές της αρχιτεκτονικής του μοριακού σχεδιασμού του κατάλληλου πολυμερούς Εξατομικευμένες διαδικασίες προγραμματισμού και ανάκτησης Ποσοτικοποίηση της δράσης της σχηματικής μνήμης Dual shape effect Άμεση θερμική ενεργοποίηση Έμμεση θερμική ενεργοποίηση Φώτο-επαγώμενη ενεργοποίηση (triggering)

ΓΕΝΙΚΗ ΙΔΕΑ ΤΩΝ SMPs Η λειτουργικότητα των SMPs εξαρτάται τόσο από την μορφολογία όσο και από την επεξεργασία του πολυμερούς Συμβατική επεξεργασία: αρχικό μόνιμο σχήμα Β Προγραμματισμός : παραμόρφωση πολυμερούς, προσωρινό σχήμα Α Εξωτερικό ερέθισμα: αρχική κατάσταση Β Μοριακός μηχανισμός του θερμικά προκαλούμενου φαινομένου σχηματικής μνήμης Ttrans = (thermal transition temperature) θερμοκρασία θερμικής μετάβασης

ΓΕΝΙΚΗ ΙΔΕΑ ΤΩΝ SMPs Αν η Τ<Τtrans: ευέλικτη εναλλαγή τομέων (εντροπική ελαστική συμπεριφορά) Λειτουργικά SMPs: προσωρινά καθηλωμένο δίκτυο σε παραμορφωμένη κατάσταση αντιστρεπτή παρεμπόδιση της αναδίπλωσης netpoints Μοριακός μηχανισμός του θερμικά προκαλούμενου φαινομένου σχηματικής μνήμης Ttrans = (thermal transition temperature) θερμοκρασία θερμικής μετάβασης

ΓΕΝΙΚΗ ΙΔΕΑ ΤΩΝ SMPs Οι ιδιότητες σχηματικής μνήμης είναι ποσοτικοποιημένες για τα διάφορα ερεθίσματα σε κυκλικές μηχανικές δομές. Στις κυκλικές μηχανικές δομές καθορίζονται: Η παραμόρφωση του ποσοστού σταθερότητας: Rf Η παραμόρφωση του ποσοστού ανάκτησης: Rr Αλλαγή της θερμοκρασίας Tswitch (θερμική διέγερση) Για κάθε κύκλο Ν τα Rf και Rr εκφράζουν αντίστοιχα: Τη δυνατότητα να καθορίζει μια μηχανική παραμόρφωση εm, με αποτέλεσμα την προσωρινή μορφή εu.(N) Τη δυνατότητα αποκατάστασης της μηχανικής παραμόρφωσης του μόνιμου σχήματος εp(N) μετά την εφαρμογή συγκεκριμένης εm, καθώς στηρίζει την αναλογία μεταξύ της μεταβολής της παραμόρφωσης εm-εp(N) Η μεταβολή της παραμόρφωσης κατά τη διάρκεια του προγραμματισμού δίνεται από εm-εp(N-1)

ΤΥΠΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΕΛΕΓΧΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ ΒΗΜΑ 1: το δείγμα επιμηκύνεται καθώς οι μοριακοί διακόπτες είναι ανοιχτοί. ΒΗΜΑ 2: υπό συνεχή τάση το προσωρινό τμήμα καθορίζεται κλείνοντας τους μοριακούς διακόπτες. ΒΗΜΑ 3: η παραμόρφωση μειώνεται μέχρι να επιτευχθεί η αποδέσμευση από την τάση ΒΗΜΑ 4: άνοιγμα μοριακών διακοπτών, συστολή πειραματικού δείγματος, επιστροφή στην βασική κατάσταση Το βήμα 1 καθορίζεται από την παραμόρφωση ενώ τα βήματα 2-4 και πριν την αρχή του επόμενου κύκλουεξαρτώνται από την τάση

ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΘΕΡΜΙΚΑ ΕΠΑΓΟΜΕΝΗΣ ΣΧΗΜΑΤΙΚΗΣ ΜΝΗΜΗΣ Start to finish of the process takes a total of 10 s at 50°C. The tube was made of a poly(ε- caprolactone) dimethacrylate polymer network that had been programmed to form a flat helix.

ΕΜΜΕΣΗ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΘΕΡΜΙΚΑ ΕΠΑΓΟΜΕΝΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΣΧΗΜΑΤΙΚΗΣ ΜΝΗΜΗΣ Δύο διαφορετικές στρατηγικές Έμμεση θέρμανση περιβάλλοντος μέσω έκθεσης SMPs στο υπέρυθρο φως Απενεργωποίηση μορίων μικρού μοριακού βάρους για μείωση θερμοκρασίας Ενεργοποίηση φαινομένου σχηματικής μνήμης καθώς έχουμε σταθερή Τδειγ. Strain recovery under infrared radiation (exposure from the left). Infrared absorption, nonradiative energy decay, and resulting local heating is constrained to the near-surface region of a stretched ribbon, resulting in strain recovery of the near-surface region and curling of the ribbon toward the infrared source within 5

ΕΜΜΕΣΗ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΘΕΡΜΙΚΑ ΕΠΑΓΟΜΕΝΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΣΧΗΜΑΤΙΚΗΣ ΜΝΗΜΗΣ Μαγνητικά επαγόμενο φαινόμενοσχηματικής μνήμης ενός θερμοπλαστιθκού σύνθετου υλικού αποτελούμενο από οξείδια FeIII σε μήτρα πυριτίου και polyetherurethane

ΕΜΜΕΣΗ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΘΕΡΜΙΚΑ ΕΠΑΓΟΜΕΝΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΣΧΗΜΑΤΙΚΗΣ ΜΝΗΜΗΣ Μείωση θερμοκρασίας θερμικής μεταβολής Όταν βυθιστεί στο νερό, υγρασία εισρέει στο δείγμα του πολυμερούς και λειτουργεί σαν πλαστικοποιητής, οδηγώντας στην επανάκτηση του σχήματος

Φώτο-επαγόμενο φαινόμενο σχηματικής μνήμης Διέγερση είναι ανεξάρτητη από οποία φαινόμενα θερμοκρασίας. Διάφορη και από την έμμεση ενεργοποίηση. Ευαισθησία στο φως σεSMPs, ρίζες cinnamic acid (CA) ή cinnamylidene acetic acid (CAA)

ΒΙΟΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ συσκευή που ενεργοποιεί ται με μια δέσμη laser για τη μηχανική απομάκρυν ση των θρόμβων του αίματος

ΒΙΟΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Ενδογαστρικο μπαλονάκι Αφροί σχηματικής μνήμης η SMPs για καλουπι ακουστικού βαρηκοΐας SMPs stents ή ενδοαυλικός νάρθηκας

ΒΙΟΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΡΕΥΝΕΣ SMPs με βάση την πολυουρεθάνη ελέγχονται εργαστηριακά για την βιοσυμβατότητα και κυτταροτοξικότητα. αυγό γονιμοποιημένο κοτόπουλου και βιοδιασπώμενο SMPs . SMPs υλικό είχε εμφυτεύει υποδορίως σε αρσενικό ποντίκι στο Ναυτικό Ιατρικό Ινστιτούτο Ερευνών(NMRI) με θετικά αποτελέσματα.

Βιοδιασπώμενα SMPs

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ Ενεργοποίηση από ερεθισμάτων, εκτός της θερμότητας, τα οποία ενεργοποιούν τη σχηματική μνήμη των πολυμερών, ή τα ενεργοποιούν από απόσταση. Πρωτοπόρα: οι μέθοδοι των διεγέρσεων θα δημιουργήσουν νέα πεδία εφαρμογής. Εφαρμογή σε ενεργά ιατρικά προϊόντα και εμφυτεύματα. Πιο φτηνά και εργονομικά από τα κράματα (τάση να τα αντικαταστήσουν)

ΣΑΣ ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ