Abstrakt

Biopolymer-Kongress 2018: Elektromechanisches und Kriechverhalten von Pullulan-Hydrogelen: Auswirkungen der Menge des Vernetzungsmittels und der elektrischen Feldstärke - Kochakorn Saeaeh - Chulalongkorn University

 Kochakorn Saeaeh 

 Pullulan ist eines der nichtionischen Polysaccharide, die aus dem Fermentationsmedium der schwarzen Hefe gewonnen werden. Aufgrund ihrer nicht toxischen, nicht mutagenen, nicht immunogenen, nicht karzinogenen und geruchlosen Eigenschaften wurden sie für biomedizinische Anwendungen untersucht, darunter Gewebezüchtung, gezielte Arzneimittel-/Genverabreichung und Wundheilung. Darüber hinaus ist Pullulan ein interessantes Material für die Entwicklung eines neuen Polymeraktuators mit verbesserten vorhandenen Auslöseeigenschaften. In dieser Arbeit wurde der Zellstoff unter Verwendung von Natriumtrimetaphosphat (STMP) als Vernetzungsmittel für die Hydrogelbildung hergestellt. Die Auswirkungen der Vernetzungsmenge und der elektrischen Feldstärke auf die elektromechanischen Eigenschaften werden untersucht. Der Speichermodul (G‘) nahm mit zunehmender Menge des Vernetzungsmittels zu. Aufgrund des Effekts der elektrischen Feldstärke nahm der Speichermodul bei niedriger elektrischer Feldstärke ab. Andererseits nahm der Speichermodul bei hoher elektrischer Feldstärke zu. Darüber hinaus wurden der Speichermodul und die Verlustmodule durch das Freisetzungsspektrum und das Verzögerungsspektrum auf die Kriechnachgiebigkeit geändert. Die Nachgiebigkeit des Pulane-Hydrogels nahm mit zunehmender Menge des Vernetzungsmittels ab. Im Falle der elektrischen Feldstärke nahm die Kriechnachgiebigkeit zunächst bei niedriger elektrischer Feldstärke zu und bei hoher elektrischer Feldstärke ab, was darauf hindeutet, dass zwei konkurrierende Mechanismen beteiligt sind. Ein elektrisches Feld umgibt eine elektrische Ladung. Elektrische und magnetische Felder sind eine Manifestation einer elektromagnetischen Kraft, einer der vier Grundkräfte (oder Wechselwirkungen) der Natur. Elektrische Felder sind in vielen Bereichen der Physik wichtig und werden in der Elektrotechnik praktisch ausgenutzt. Die SI-Einheit für elektrisches Feld ist Volt pro Meter (V/m), was dem Newton-Äquivalent pro Coulomb (N/C) im SI-System entspricht. Die grundlegende Theorie eines neuen Antriebskonzepts basierend auf Hydrogel-Kernmatrix-Verbundstoffen (H-FMC) wird vorgestellt. Ein Schlüsselprinzip, das die Funktionsweise des H-FMC-Antriebs hervorhebt, besteht darin, dass die dreidimensionale Schwellung des Hydrogels teilweise begrenzt wird, um die Menge an Nutzarbeit zu verbessern. Die teilweise Begrenzung gilt für das Hydrogel mit einer flexiblen Matrixzusammensetzung (FMC), die die Volumenausdehnung des Hydrogels während des Quellens verringert. Diese Begrenzung dient dazu, die feste Ladungsdichte und den daraus resultierenden osmotischen Druck zu erhöhen, der die treibende Kraft für die Aktivierung darstellt. Darüber hinaus wandelt die Poisson-Zahl des anisotropen FMC-Laminats bei einigen FMC-Faserorientierungen bisher ungenutzte Hydrogelschwellungen in radialer und zirkulärer Richtung in nutzbare axiale Dehnungen um. Der potenzielle Nutzen des H-FMC-Konzepts in Bezug auf die Hydrogel-Antriebsleistung wird durch den Vergleich von Kraftkurven und die Bewertung von Verbesserungen bei der nutzbaren Betätigungsarbeit demonstriert. Das zur Erzielung dieser Paare chemischer und elektrischer Komponenten verwendete Modell wird durch die Nernst-Planck- und Poisson-Gleichungen dargestellt.sowie ein lineares elastisches mechanisches Material mit begrenzten geometrischen Nichtlinearitäten. Es wurde festgestellt, dass das H-FMC-Konzept im Vergleich zur bloßen Hydrogelleistung nutzbare Antriebsverbesserungen von 1500 % erreicht. Außerdem wird eine parametrische Studie durchgeführt, um den Einfluss verschiedener FMC-Designparameter auf die triggerfreie Last und die Spannungsblockierung zu bestimmen. Ein Vergleich mit anderen Antriebskonzepten ist ebenfalls enthalten. (Papier). Der epidermale pH-Wert ist ein Zeichen für den physiologischen Zustand der Haut. Beispielsweise kann der Wund-pH-Wert mit Angiogenese, Proteaseaktivität, bakterieller Infektion usw. in Verbindung gebracht werden. Chronische unheilbare Wunden weisen bekanntermaßen ein erhöhtes alkalisches Milieu auf, während der Heilungsprozess in einem sauren Milieu leichter abläuft. Daher können Hautpflaster, die eine kontinuierliche pH-Messung ermöglichen, als Pflegesystem zur Überwachung von Hautkrankheiten und des Wundheilungsprozesses verwendet werden. Hier werden pH-reaktive Hydrogelfasern vorgestellt, die zur langfristigen Überwachung des Zustands der Epidermis verwendet werden können. pH-reaktive Farbstoffe werden in mesoporöse Mikropartikel geladen und mithilfe eines mikrofluidischen Spinnsystems in Hydrogelfasern eingearbeitet. Hergestellte pH-reaktive Mikrofasern sind flexibel und können einen gleichmäßigen Kontakt mit der Haut herstellen. Die Reaktion von pH-empfindlichen Fasern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Dicken ist charakteristisch. Die vorgeschlagene Technik ist umfangreich und kann zur Herstellung von Wundauflagen auf Hydrogelbasis mit klinisch relevanten Abmessungen verwendet werden. Bilder von pH-empfindlichen Fasern während der Echtzeit-pH-Messung können mit einer intelligenten Kamera aufgenommen werden, um sie bequem vor Ort abzulesen. Mithilfe der Bildverarbeitung ist es möglich, eine quantitative pH-Karte von Hydrogelfasern und darunterliegendem Gewebe zu extrahieren. Ein entwickelter Hautverband kann als Hilfsmittel zur Überwachung des Wundheilungsprozesses dienen. © 2016 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.pH-reaktive Farbstoffe werden in mesoporöse Mikropartikel geladen und mithilfe eines mikrofluidischen Spinnsystems in Hydrogelfasern eingearbeitet. Hergestellte pH-reaktive Mikrofasern sind flexibel und können einen gleichmäßigen Kontakt mit der Haut herstellen. Die Reaktion von pH-empfindlichen Fasern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Dicken ist charakteristisch. Die vorgeschlagene Technik ist umfangreich und kann zur Herstellung von Wundauflagen auf Hydrogelbasis mit klinisch relevanten Abmessungen verwendet werden. Bilder von pH-empfindlichen Fasern während der Echtzeit-pH-Messung können mit einer intelligenten Kamera aufgenommen werden, um sie bequem vor Ort abzulesen. Mithilfe der Bildverarbeitung ist es möglich, eine quantitative pH-Karte von Hydrogelfasern und darunterliegendem Gewebe zu extrahieren. Ein entwickelter Hautverband kann als Hilfsmittel zur Überwachung des Wundheilungsprozesses dienen. © 2016 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.pH-reaktive Farbstoffe werden in mesoporöse Mikropartikel geladen und mithilfe eines mikrofluidischen Spinnsystems in Hydrogelfasern eingearbeitet. Hergestellte pH-reaktive Mikrofasern sind flexibel und können einen gleichmäßigen Kontakt mit der Haut herstellen. Die Reaktion von pH-empfindlichen Fasern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Dicken ist charakteristisch. Die vorgeschlagene Technik ist umfangreich und kann zur Herstellung von Wundauflagen auf Hydrogelbasis mit klinisch relevanten Abmessungen verwendet werden. Bilder von pH-empfindlichen Fasern während der Echtzeit-pH-Messung können mit einer intelligenten Kamera aufgenommen werden, um sie bequem vor Ort abzulesen. Mithilfe der Bildverarbeitung ist es möglich, eine quantitative pH-Karte von Hydrogelfasern und darunterliegendem Gewebe zu extrahieren. Ein entwickelter Hautverband kann als Hilfsmittel zur Überwachung des Wundheilungsprozesses dienen. © 2016 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.