Σχεδιασμός λειτουργικών υδατοδιαλυτών πολυμερών με οπτικές ιδιότητες αποκρινόμενες σε εξωτερικά ερεθίσματα
Authors: Θηβαίος Ιωάννης 
Published: August 2021

Το επιστημονικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον σε πολυμερικά υλικά που περιέχουν ομάδες όπως η κινολίνη, είναι έντονο τις τελευταίες δεκαετίες λόγω των φωτονικών, ηλεκτρονικών και αγώγιμων ιδιοτήτων τους. Εξάλλου, λόγω των ιδιαίτερων αποκρίσιμων οπτικών ιδιοτήτων τους, η εισαγωγή τέτοιων ομάδων σε υδατοδιαλυτά πολυμερή μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη συστημάτων με πιθανές εφαρμογές ως οπτικών αισθητήρων διαφόρων φυσικοχημικών, χημικών ή βιολογικών ερεθισμάτων. Πράγματι, λόγω της ισορροπίας πρωτονίωσης – αποπρωτονίωσης του κινολινικού δακτυλίου, το εκπεμπόμενο χρώμα αλλάζει από μπλε σε πράσινο καθώς μειώνεται το pH του διαλύματος.Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η σύνθεση και μελέτη υδατοδιαλυτών συμπολυμερών επισημασμένων με δομικές μονάδες-παράγωγα της κινολίνης και η διερεύνηση των ιδιαίτερων οπτικών ιδιοτήτων τους (απορρόφηση ή/και εκπομπή φωτός) σε υδατικά διαλύματα. Έτσι, κατ’ αρχήν, παρουσιάζεται η προσπάθεια σύνθεσης των βινυλικών μονομερών που φέρουν τις ομάδες κινολίνης. Ακολούθως, με συμπολυμερισμό μέσω ελευθέρων ριζών των μονομερών της κινολίνης με μία πλειάδα υδατοδιαλυτών μονομερών προέκυψαν τα αντίστοιχα οπτικά επισημασμένα υδατοδιαλυτά συμπολυμερή (μη ιονικά, ανιονικά, κατιονικά και θερμοευαίσθητα).Οι οπτικές ιδιότητες των συμπολυμερών αυτών μελετήθηκαν σε υδατικά διαλύματα σαν συνάρτηση του pH. Ιδιαίτερα, η εκπομπή φωτός αλλάζει από μπλε (~420nm) σε πράσινο (~480nm) κατά την οξίνιση των υδατικών διαλυμάτων, ως αποτέλεσμα του ασθενούς βασικού χαρακτήρα του κινολινικού δακτυλίου. Δείχνεται πως αυτή η συμπεριφορά είναι συνάρτηση της χημικής δομής τους, ιδιαίτερα της ηλεκτραρνητικότητας του κινολινικού παραγώγου και του φορτίου της πολυμερικής αλυσίδας. Ως αποτέλεσμα του τελευταίου, οι οπτικές ιδιότητες ελέγχονται επίσης και από την ιονική ισχύ των υδατικών διαλυμάτων.Ένας σημαντικός στόχος της παρούσας μελέτης ήταν να διερευνηθεί αν είναι πιθανό να εκμεταλλευτούμε, τις αποκρινόμενες στο pH, οπτικές ιδιότητες του κινολινικού δακτυλίου ώστε να μελετήσουμε την συμπλοκοποίηση, κατά την αλληλεπίδραση, επισημασμένων με κινολίνη πολυηλεκτρολυτών με αντίθετα φορτισμένες επιφανειοδραστικές ενώσεις και επισημασμένων με κινολίνη ασθενών πολυοξέων με μη ιονικές επιφανειοδραστικές ενώσεις, σε αραιά υδατικά διαλύματα. Ο σχηματισμός τέτοιων συμπλόκων οδηγεί σε σχηματισμό μικροπεριοχών με χαμηλότερη πολικότητα από του νερού, γεγονός που επηρεάζει την ισορροπία πρωτονίωσης-αποπρωτονίωσης των μονάδων κινολίνης. Βρέθηκε πως σε χαμηλό pH η εκπομπή της κινολίνης αλλάζει από πράσινο σε μπλε, αποκρινόμενη στην δημιουργία του συμπλόκου. Η συμπεριφορά αυτή δεν ελέγχεται μόνο από την παρουσία υδρόφοβων μικροπεριοχών αλλά επίσης και από το φορτίο της επιφανειοδραστικής ένωσης.Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στο επισημασμένο με κινολίνη συμπολυμερές του Ν-ισοπρολυλακρυλαμιδίου (PNIPAM), σε μια προσπάθεια να επιτευχτεί συνδυασμένη οπτική απόκριση τόσο στο pH όσο και στην θερμοκρασία. Πράγματι, δείχνεται πως οι αποκρινόμενες στο pH οπτικές ιδιότητες του συμπολυμερούς αυτού φαίνεται επηρεάζονται από την συμπεριφορά κατώτερης κρίσιμης θερμοκρασίας διάλυσής (LCST) του στο νερό. Περαιτέρω, τα φαινόμενα αυτά φαίνεται να επηρεάζονται και από την ανάπτυξη συμπλόκων μεταξύ του PNIPAM και ανιονικών ή κατιονικών επιφανειοδραστικών ενώσεων.Τέλος, οι πρωταρχικές μελέτες των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των επισημασμένων συμπολυμερών με ένα πρότυπο βιομακρομόριο, την αλβουμίνη βόειου ορού, BSA, υποδεικνύουν πως οι οπτικές ιδιότητες του κινολινικού δακτυλίου είναι πιθανό να αξιοποιηθούν σε εφαρμογές βιολογικού ενδιαφέροντος.