Ανάπτυξη νέων υβριδικών πολυμερικών υλικών για βιοϊατρικές εφαρμογές
Authors: Μπακλαβαρίδης Απόστολος 
Published: September 2021

Το κύριο αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη πορωδών, ινωδών και νανοσύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας ενισχυμένης είτε με ανόργανους νανοσωλήνες είτε με πολυστρωματικά ορυκτά. Προκειμένου να δημιουργηθούν ινώδεις και πορώδεις δομές νανοϋβριδικών πολυμερών με επιθυμητές ιδιότητες, έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές, είναι απαραίτητο να διερευνηθούν οι παράγοντες που επηρεάζουν τα τελικά μορφολογικά τους χαρακτηριστικά τους.Για το λόγο αυτό, αρχικά, παρασκευάστηκαν σύνθετες βιοαποκοδομήσιμες πορώδεις δομές αποτελούμενες από PLGA και οργανικά τροποποιημένο μοντμοριλλονίτη (Cloisite 15A) που προέκυψαν από αμφισυνεχή πολυμερικά μίγματα μέσω της επιλεκτικής διάλυσης του θυσιαζόμενου συστατικού (PS). Οι πορώδεις αυτές δομές εμφάνισαν ενδιαφέροντα μορφολογικά χαρακτηριστικά. Η διασυνδεδεμένη πορώδης δομή και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά αυτής (πορώδες, μέση διάμετρος πόρων) παρουσιάζουν εξάρτηση από την περιεκτικότητα και την διευθέτηση (παρεμβληθείσα ή διεσπαρμένη) του οργανικά τροποποιημένου μοντμοριλλονίτη στο σύνθετο υλικό. Ακόμη, λόγω της καλύτερης (επιλεκτικής) διασποράς του οργανικά τροποποιημένου μοντμοριλλονίτη, η πορώδης δομή είναι μηχανικά ενισχυμένη, έχοντας ταυτόχρονα καθαρούς πόρους. Στη συνέχεια δημιουργήθηκαν εύκαμπτα πορώδη πολυμερικά υλικά από PLLA-co-TMC χρησιμοποιώντας υπερκρίσιμο CO2 ως αντιδιαλύτη και ως μέσο αφρισμού. Οι πειραματικές παράμετροι που μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας είναι η θερμοκρασία, η πίεση και η συγκέντρωση του διαλύματος. Παρήχθησαν ομοιόμορφες πορώδεις δομές και με τις δύο τεχνικές για δεδομένα εύρη των παραμέτρων της πειραματικής διαδικασίας. Ο μορφολογικός χαρακτηρισμός των πορωδών δομών που προέκυψαν έδειξε ότι τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της πορώδους δομής εξαρτώνται από τη μεταβολή των πειραματικών παραμέτρων. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατός ο έλεγχος της μορφολογίας της πορώδους δομής. Εν συνεχεία παρασκευάστηκαν νανοσύνθετα υλικά από PPGMA χρησιμοποιώντας INT-WS2 ως ενισχυτικό με την τεχνική της ανάμειξης τήγματος. H προσθήκη των INT-WS2 ενίσχυσε σημαντικά θερμομηχανικά χαρακτηριστικά των παραχθέντων υλικών. Επιπλέον, μέσω TEM παρατηρήθηκε σχετικά καλή διασπορά και προσανατολισμός των INT-WS2 στο εσωτερικό της μήτρας του PPGMA. Τόσο η διασπορά όσο και ο προσανατολισμός των ΙΝΤ-WS2 θα πρέπει να έχουν εν μέρει συνέβαλλαν στην βελτίωση των θερμομηχανικών ιδιοτήτων. Ακόμη, από τη συσχέτιση δομής-ιδιοτήτων (αποτελέσματα DSC, AFM) στα υλικά αυτά συμπεραίνουμε πως σχηματίζονται κρυσταλλίτες σε σειρά, παράλληλα διατεταγμένοι ως προς την επιφάνεια των νανοσύνθετων. Αυτή η διεπιφανειακή κρυσταλλική δομή φαίνεται να παρεμβάλλεται ανάμεσα στο PPGMA και τους INT-WS2, διαδραματίζοντας έναν σημαντικό ρόλο στην μεταφορά φορτίου από το άμορφο μέρος του πολυμερούς στους αρκετά δύσκαμπτους INT-WS2.Τέλος, πραγματοποιήθηκε μια μελέτη της νανοϊνώδους μορφολογίας ηλεκτροϊνοποιημένης χιτοζάνης ενισχυμένης με INT-WS2 με τη βοήθεια του σχεδιασμού πειραμάτων. Από τα τετραγωνικά μοντέλα που αναπτύχθηκαν και της ανάλυσης που διενεργήθηκε, καταφέραμε όχι μόνο να εντοπίσουμε τους σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν την διαδικασία της ηλεκτροϊνοποίησης αλλά και να ποσοτικοποιήσουμε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους, για το συγκεκριμένο σύστημα. Η συγκέντρωση του διαλύματος (SC%), η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου (VL) και η περιεκτικότητα του διαλύματος σε INT-WS2 (INT%) φάνηκε να επηρεάζουν σημαντικά την ηλεκτροϊνοποιημένη νανοϊνώδη μορφολογία, λόγω του γεγονότος ότι επηρεάζουν σημαντικά μία ή περισσότερες αποκρίσεις (Dfiber, Nbead και Dbead/Dfiber).