The consolidation of emulsion templating and thiol-ene click chemistry as a route to degradable polyhipes for biomedical applications : doktorska disertacija

angleški

doktorska dela

2022

doktorske disertacije   fotopolimerizacija   poliHIPE   proizvodnja aditivov   tiol-en

Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo

Tiol-en kemija je v porastu zadnji dve desetletji. V zadnjih letih je zaradi svoje vsestranskosti in priročnosti postala ena izmed sinteznih poti za pripravo poroznih polimerov iz emulzij (poliHIPE). Ti pa so še posebej zanimivi za uporabo kot strukturne podpore, namenjene za biomedicinske namene, saj so nastali materiali pogosto biozdružljivi in razgradljivi zaradi hidrolizirajočih estrskih vezi, uvedenih preko tiolnih monomerov.Glavni cilj te disertacije je bil postaviti tiol-en klik kemijo s poudarkom na fotopolimerizaciji v ospredje raziskav o poliHIPE materialih, s poudarkom na velikem potencialu, ki ga prinese združevanje tehnike prekoncentriranih emulzij s tiol-en klik kemijo. Izvedli smo študijo za razumevanje mehanizmov stabilnosti emulzije s poudarkom na že uveljavljenih formulacijah tiol-ena. V okviru tega projekta je bilo mogoče preučevati in sintetizirati materiale z bikontinuirno arhitekturo por. V primerjavi s tipično celično arhitekturo por poliHIPE materialov, bi lahko bila bikontinuirna struktura še posebej uporabna za aplikacije ločevanja. Poleg tega je bilo mogoče inducirati tudi fazno inverzijo, ki vodi do majhnih polimernih delcev.En del disertacije je bil osredotočen na sintezo hidrofilnih poliHIPE materialov s pomočjo emulzije z visokim deležem notranje faze, tipa olje v vodi, kjer je vodna faza emulzije predstavljala monomera poli(etilen glikol) in hidrofilni tiol. Nastali materiali so pokazali visoko poroznost in majhen povprečni premer por (2.2 µm). Izvedene so bile študije vnosa vode in razgradnje. Salicilno kislino smo izbrali kot modelno zdravilo s katerim smo dokazali, da imajo taki materiali potencial za sproščanje zdravila.Pripravili smo tudi HIPE formulacijo, ki temelji na akrilatu, ki ga predstavlja 1,6-heksandiol diakrilat in na tiolu, ki je tris(3-merkaptopropioniloksi)-etil-izocianurat. Za nastale poli(akrilat-ko-tiol) poliHIPE materiale smo raziskali vpliv oksidacije tioetrov, prisotnih v polimerni mreži, na lastnosti materiala. To raziskavo smo izvedli, da bi prilagodili lastnosti materiala, npr. povečali temperaturo steklastega prehoda in natezno trdnost, in drugič, da bi izpostavili oksidacijske lastnosti polimernih mrež, ki vsebujejo tioeter. Oksidacijsko odzivnost je treba upoštevati kadar materiale uporabimo v biomedicinske namene, saj vnetni procesi vodijo do oksidativnega stresa v organizmu. Prav tako smo raziskovali to formulacijo za možnost uporabe v proizvodnji aditivov. Sestavo emulzije je bilo treba prilagoditi, da je bila primerna za tiskanje. Poleg tega je bilo potrebno izključiti škodljiva topila, zaradi česar je celoten postopek tiskanja bolj okolju prijazen in manj nevaren za operaterje.Pripravili smo tudi poliHIPE materiale iz vinil estra na biološki osnovi O,O'-(heksahidrofuro3,2-bfuran-3,6-diil) divinil diadipata (GDVA) in različnih tiolnih reagentov za prenos verige. Taki poliHIPE materiali so se zaradi svoje biozdružljivosti in biorazgradljivosti pokazali za posebej obetavne strukturne podpore v tkivnem inženirstvu. Sinteza poliHIPE materialov iz izhodnih monomerov s povezovalno celično strukturo se je izkazala za zahtevno. Vendar pa lahko poročamo o prvi sintezi poliHIPE materiala iz vinil estra na biološki osnovi.Končni projekt je bil izveden v sodelovanju z Lithoz GmbH. V sodelovanju smo pripravili prvo 3D tiskano keramiko iz prekurzurske emulzije z visokim deležem notranje faze. V ta namen sta bila uporabljena trimetilolpropantriakrilat in tiol trimetilolpropan tris(3-merkaptopropionat) kot monomera skupaj z delci aluminijevega oksida, ki so tvorili kompozitni poliHIPE material. S sintranjem kompozita smo dobili intrinzično porozno tiskano keramiko, ki omogoča visoko prilagodljivost in kompleksno porozno arhitekturo.

07.08.2023