porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov · 2018-11-04 · hlb vrednosti 3,29 pa s povečevanjem...
TRANSCRIPT
![Page 1: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/1.jpg)
Magistrsko delo
POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV
KOT NOSILCI BIOLOŠKIH CELIC
September, 2018 Mateja Gojznikar
![Page 2: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/2.jpg)
Mateja Gojznikar
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci
bioloških celic
Magistrsko delo
Maribor, 2018
![Page 3: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/3.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci
bioloških celic
Magistrsko delo študijskega programa II. stopnje
Študent: Mateja Gojznikar
Študijski program: magistrski študijski program II. stopnje Kemija
Predvideni strokovni naslov: magister/magistrica kemije
Mentor: red. prof. dr. Peter Krajnc
Komentor: asist. dr. Muzafera Paljevac
Maribor, 2018
![Page 4: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/4.jpg)
![Page 5: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/5.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci bioloških celic
I
Kazalo
Kazalo ........................................................................................................................................ I
Izjava....................................................................................................................................... III
Zahvala .................................................................................................................................... V
Povzetek .................................................................................................................................. VI
Abstract ................................................................................................................................. VII
Seznam tabel ........................................................................................................................ VIII
Seznam slik ............................................................................................................................. IX
Uporabljeni simboli in kratice ................................................................................................. X
1 Uvod .................................................................................................................................. 1
1.1 Namen, hipoteze in cilji ............................................................................................. 2
2 Teoretični del ..................................................................................................................... 3
2.1 Makroporozni polimeri .............................................................................................. 3
2.2 HIP emulzija .............................................................................................................. 3
2.3 Stabilnost HIP emulzije ............................................................................................. 4
2.3.1 Izbira surfaktanta in HLB sistem ........................................................................ 4
2.4 PoliHIPE materiali ..................................................................................................... 6
2.5 Polimerizacija HIP emulzij ........................................................................................ 8
2.5.1 Verižna polimerizacija ........................................................................................ 8
2.5.2 Stopenjska polimerizacija ................................................................................... 9
2.5.3 Metatezna polimerizacija z odprtjem obroča ...................................................... 9
2.6 Tiol-en kemija ............................................................................................................ 9
2.7 Foto tiol-en polimerizacija ....................................................................................... 12
2.8 Aplikacije poliHIPE materiala ................................................................................. 12
2.8.1 Porozni polimerni materiali za separacijo in čiščenje ...................................... 13
2.8.2 Porozni polimerni materiali kot nosilci katalizatorjev in reagentov ................. 13
2.8.3 Polimerni nosilci za shranjevanje vodika ......................................................... 13
2.8.4 Polimerni materiali kot nosilci za biološke celice in uporabo v tkivnem
inženirstvu ....................................................................................................................... 14
3 Eksperimentalni del ......................................................................................................... 16
3.1 Materiali ................................................................................................................... 16
3.2 Aparature .................................................................................................................. 16
3.3 Laboratorijske metode ............................................................................................. 17
3.3.1 Priprava poli(HIPE) materiala na osnovi TT in DVA ...................................... 17
3.3.2 Biorazgradljivost polimernih materialov .......................................................... 18
3.4 Karakterizacijske metode ......................................................................................... 19
3.4.1 Vrstična elektronska mikroskopija ................................................................... 19
3.4.2 Dušikova adsorpcijska/desorpcijska porozimetrija .......................................... 19
3.4.3 Elementna analiza ............................................................................................. 19
3.4.4 FTIR spektroskopija ......................................................................................... 19
![Page 6: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/6.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci bioloških celic
II
3.4.5 Testiranje mehanskih lastnosti .......................................................................... 19
4 Rezultati in diskusija........................................................................................................ 20
4.1 Študija morfologije polimera.................................................................................... 20
4.1.1 Vpliv količine surfaktantov pri HLB vrednosti 3,29 ........................................ 21
4.1.2 Vpliv količine surfaktantov pri HLB vrednosti 2,31 ........................................ 24
4.1.3 Vpliv HLB vrednosti pri posamezni količini surfaktantov na morfologijo
polimera 28
4.1.4 Vpliv temperature vodne faze pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29 ................ 29
4.1.5 Vpliv temperature vodne faze pri HLB vrednosti surfaktantov 2,31 ................ 31
4.1.6 Vpliv temperature emulzije pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29 ................... 35
4.1.7 Vpliv temperature emulzije pri HLB vrednosti surfaktantov 2,31 ................... 38
4.1.8 Vpliv razmerja monomerov na strukturo polimernih nosilcev ......................... 38
4.2 FTIR spektroskopija ................................................................................................. 43
4.3 Elementna analiza..................................................................................................... 44
4.4 Mehanske lastnosti ................................................................................................... 45
4.5 Biorazgradljivost vzorcev......................................................................................... 46
4.5.1 Biorazgradljivost v 10-3 M, 10-4 M in 10-5 M NaOHaq ..................................... 46
4.6 Specifična površina polimernih vzorcev .................................................................. 49
5 Zaključek ......................................................................................................................... 50
6 Literatura.......................................................................................................................... 52
![Page 7: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/7.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci bioloških celic
III
Izjava
Izjavljam, da sem magistrsko delo izdelala sama, prispevki drugih so posebej označeni.
Pregledala sem literaturo s področja magistrskega dela po naslednjih geslih:
Vir: Web of Knowledge (apps.webofknowledge.com)
Gesla: Število referenc
Porous polymers IN thiol-ene reaction 24
Applications of PolyHIPE polymers 95
Applications polyHIPEs IN tissue engineering 23
polyHIPE scaffolds IN biological cells 2
Vir: COBISS/OPAC (http://www.cobiss.si/scripts/cobiss?ukaz=getid, COBIB.SI)
Gesla: Število referenc
Porous polymers IN tissue engineering 9
Thiol-ene polyHIPE materials 3
Vir: ScienceDirect (http://www.sciencedirect.com/)
Gesla: Število referenc
PolyHIPEs IN thiol-ene polymerisation 24
PolyHIPEs IN tissue engineering 105
Applications of tiol-ene materials 48
PolyHIPEs IN tissue engineering IN thiol-ene photopolymerisation 4
Skupno število pregledanih člankov: 42
Skupno število pregledanih knjig: 5
Maribor, september 2018 Mateja Gojznikar
![Page 8: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/8.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci bioloških celic
IV
Naji.
![Page 9: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/9.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci bioloških celic
V
Zahvala
Najlepša hvala mentorju rednemu profesorju dr. Petru Krajncu, za
vso pomoč, strokovne nasvete in napotke pri izdelavi magistrske
naloge.
Hvala tudi Muzaferi in Amadeji za pomoč pri eksperimentalnem
delu v laboratoriju, prijaznost, razumevanje in dobro voljo.
Iskrena hvala družini, za vso podporo, brezpogojno ljubezen in
pomoč tekom študija.
Iz srca hvala tudi fantu, ki mi je vedno stal ob strani, mi vlival
voljo in me spodbujal pri izdelavi magistrske naloge.
Za čudovito preživeta študijska leta najlepša hvala tudi prijateljem
in sošolcem.
![Page 10: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/10.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci bioloških celic
VI
POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV KOT NOSILCI BIOLOŠKIH
CELIC
Povzetek
Porozni polimerni materiali so vedno bolj uporabni za nanos bioloških celic in uporabo v
tkivnem inženirstvu. Zato smo v magistrski nalogi pripravili porozne polimerne nosilce s
pomočjo polimerizacije emulzije z visokim deležem notranje faze (HIP emulzije). Za pripravo
smo izbrali nizko citotoksična monomera DVA in TT in jih ustrezno polimerizirali po principu
stopenjske tiol-en foto polimerizacije.
Pri pripravi HIP emulzije smo spreminjali različne parametre (količino surfaktantov, HLB
vrednost surfaktantov, temperaturo vodne faze, temperaturo emulzije, razmerje monomerov)
in s tem pridobili različne morfološke strukture vzorcev. Pri preučevanju vpliva dveh HLB
vrednosti surfaktantov (2,31 in 3,29) in količine surfaktantov (15 vol. %, 20 vol. % in
25 vol.%), smo ugotovili, da količina surfaktanta pri posamezni HLB vrednosti vpliva na
poliHIPE morfologijo in na velikost primarnih por. Pri HLB vrednosti 2,31 se s povečevanjem
količine surfaktantov izboljšuje poliHIPE morfologija in nastajajo večje primarne pore. Pri
HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo
in zmanjšamo primarne pore. S spremembo temperature vodne faze na 40 °C prav tako
vplivamo na morfologijo polimernega nosilca, in sicer pri večji HLB vrednosti (3,29) dobimo
poliHIPE morfologijo, pri manjši HLB vrednosti (2,31) pa se izoblikuje bikontinuirna
struktura. S spreminjanjem temperature emulzije nismo dosegli poliHIPE morfologije, vsi
vzorci imajo bikontinuirno strukturo. Pri spreminjanju razmerja funkcionalnih skupin
monomerov smo ugotovili, da primerno poliHIPE morfologijo pridobimo pri vzorcu MG7,
kjer je razmerje funkcionalnih skupin monomerov 1:1.
Preverili smo tudi biorazgradljivost polimernih materialov MG7 in MG8 v različnih
koncentracijah NaOHaq (10-3 M, 10-4 M in 10-5 M ). Ugotovili smo, da razgradljivost
pripravljenih vzorcev pada z nižanjem koncentracije NaOHaq. V 10-3 M NaOHaq se namreč
razgradi 10 % vzorca, v 10-4 M NaOHaq se razgradi 6 % in v 10-5 M NaOHaq le še 3% vzorca.
Opravili smo tudi karakterizacijo pripravljenih poliHIPE materialov. S FTIR spektroskopijo
smo potrdili kemijsko sestavo poli(DVA-ko-TT) nosilca, s pomočjo adsorpcije/desorpcije
dušika po BET metodi smo izmerili specifične površine. Izvedli smo tudi elementno analizo
vzorcev, in ugotovili, da eksperimentalne vrednosti masnih deležev elementov ne odstopajo
od teoretičnih vrednosti. Izmerili pa smo tudi mehanske lastnosti izbranih polimernih
materialov.
Ključne besede: tiol-en fotopolimerizacija, HIPE nosilci, HIP emulzija, porozni polimerni
nosilci, nosilci za biološke celice
UDK: 544.777:57.086.8(043.2).
![Page 11: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/11.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci bioloških celic
VII
Porous copolymers of vinylesters and thiols as scaffolds for biological cells
Abstract
Porous polymer materials are increasingly being used as scaffolds for biological cells and
tissue engineering. Therefore, in master's degree we prepared porous polymer scaffolds by
high internal phase emulsion (HIPE) templating. For the preparation of PolyHIPEs we have
chosen a low cytotoxic monomer DVA and TT and thiol-ene step growth photo
polymerization.
In the preparation of the HIP emulsions, we modified various parameters (amount of
surfactants, HLB values of the surfactants, temperature of the aqueous phase, temperature of
the emulsion, ratio of monomers) and with this we gained different morphology of materials.
In examining the impact of the two HLB values of surfactants (2,31 and 3,29) and the amount
of surfactants (15 vol. %, 20 vol. % and 25 vol. %), we found that, the amount of surfactant in
the individual HLB value have impact on polyHIPE morphology and the size of the primary
pores. At HLB value of 2,31, with increasing the amount of surfactants improved poliHIPE
morphology and generated larger primary pores. At HLB value of 3.29, by increasing amount
of surfactants, polyHIPE morphology is destroyed and primary pores were reduced. With the
change of the aqueous phase temperature at 40 °C we also influenced the polymer morphology.
At higher HLB value (3,29) we got polyHIPE morphology, but with the lower HLB value
(2,31) we got formation of bicontinuous structure. By varying the temperature of the emulsion
we did not achieve polyHIPE morphology, all the samples have bicontinuous structure. When
changing the ratio of functional groups of monomers, we determined that appropriate
poliHIPE morphology are acquired for a sample of MG7, which has the ratio of the functional
groups of the monomers of 1:1.
We checked also the biodegradability of polymer materials MG7 and MG8 in different
concentrations of NaOHaq (10-3 M, 10-4 M in 10-5 M ). We found that the degradability of
prepared samples decreases with lowering the concentration of the NaOHaq. In 10-3 M NaOHaq
has degraded 10 % of the sample, in 10-4 M NaOHaq has degraded 6% of the sample, and in
10-5 M NaOHaq only 3% of the sample.
We've also done the characterization of prepared poliHIPE materials. With FTIR
spectroscopy, we confirmed the chemical structure of the poly(DVA-co-TT) scaffolds. With
adsorption desorption expreriments, using BET method, we measured the specific surface
area. We also did the elementary analysis of the samples, and found that the experimental
value of the mass proportions of elements do not distinct from the theoretical values. We have
also measured the mechanical properties of selected polymeric materials.
Key words: thiol-ene photo polymerization, HIP scaffolds, HIP emulsion, porous polymer
scaffolds, scaffolds for biological cells
UDK: 544.777:57.086.8(043.2).
![Page 12: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/12.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci bioloških celic
VIII
Seznam tabel
Tabela 2-1: Izbrani tipi surfaktantov z HLB območjem ........................................................... 5
Tabela 3-1: Zatehte pripravljenih polimernih vzorcev ........................................................... 18
Tabela 4-1: Podatki o pripravljenih vzorcih pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29 ................ 21
Tabela 4-2: Podatki o povprečni velikosti primarnih por za vzorce MG7, MG8 in MG12 .... 24
Tabela 4-3: Podatki o pripravljenih vzorcih pri HLB vrednosti surfaktantov 2,31 ................ 25
Tabela 4-4: Podatki o povprečni velikosti primarnih por za vzorce MG3, MG4 in MG5. ..... 28
Tabela 4-5: Podatki o vzorcih pri preučevanju vpliva HLB vrednosti surfaktantov .............. 29
Tabela 4-6: Podatki o vzorcih po dodatku segrete vodne faze pri HLB vrednosti surfaktantov
3,29 .......................................................................................................................................... 29
Tabela 4-7: Podatki o vzorcih po dodatku segrete vodne faze pri HLB vrednosti surfaktantov
2,31 .......................................................................................................................................... 31
Tabela 4-8: Podatki o povprečni velikosti primarnim por za vzorce MG9, MG10 in MG11 35
Tabela 4-9: Podatki o vzorcih pri segrevanju emulzije pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29
................................................................................................................................................. 35
Tabela 4-10: Podatki o vzorcih pri segrevanju emulzije pri HLB vrednosti surfaktantov 2,31
................................................................................................................................................. 38
Tabela 4-11: Podatki o vzorcih z različnimi razmerji funkcionalnih skupin DVA in TT ...... 39
Tabela 4-12: Podatki o povprečni velikosti primarnih por za vzorce MG7, MG25 in MG26 42
Tabela 4-13:Podatki o elementni analizi vzorcev ................................................................... 44
Tabela 4-14: Podatki o mehanskih lastnostih vzorcev ............................................................ 45
Tabela 4-15: Podatki o biorazgradnji vzorcev MG7 in MG8 v 10-3 M, 10-4 M in 10-5 M
NaOHaq .................................................................................................................................... 46
Tabela 4-16: Vrednosti specifičnih površin pripravljenih polimernih vzorcev ...................... 49
![Page 13: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/13.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci bioloških celic
IX
Seznam slik
Slika 1-1: Shematski prikaz uporabe v tkivnem inženirstvu[1] ................................................. 1
Slika 2-1: Priprava poliHIPE materiala .................................................................................... 6
Slika 2-2: Prikaz porozne strukture poliHIPE materiala .......................................................... 7
Slika 2-3: Splošna tiol-en reakcija .......................................................................................... 10
Slika 2-4: Mehanizem radikalske tiol-en reakcije[21] .............................................................. 10
Slika 2-5: Tipični tioli za uporabo v tiol-en polimerizaciji .................................................... 11
Slika 2-6: Tipični alkeni za uporabo v tiol-en polimerizaciji ................................................. 11
Slika 4-1: Polimerizacijska shema poli(DVA-ko-TT) materiala ............................................ 20
Slika 4-2: SEM slika vzorca MG7 .......................................................................................... 21
Slika 4-3: SEM slika vzorca MG8 .......................................................................................... 22
Slika 4-4: SEM slika vzorca MG12 ........................................................................................ 22
Slika 4-5: SEM slika vzorca MG4 .......................................................................................... 25
Slika 4-6: SEM slika vzorca MG5 .......................................................................................... 26
Slika 4-7: SEM slika vzorca MG3 .......................................................................................... 26
Slika 4-8: SEM slika vzorca MG13 ........................................................................................ 30
Slika 4-9: SEM slika vzorca MG14 ........................................................................................ 30
Slika 4-10: SEM slika vzorca MG9 ........................................................................................ 31
Slika 4-11: SEM slika vzorca MG10 ...................................................................................... 32
Slika 4-12: SEM slika vzorca MG11 ...................................................................................... 32
Slika 4-13: SEM slika vzorca MG18 ...................................................................................... 36
Slika 4-14:SEM slika vzorca MG19 ....................................................................................... 36
Slika 4-15: SEM slika vzorca MG20 ...................................................................................... 37
Slika 4-16: SEM slika vzorca MG21 ...................................................................................... 37
Slika 4-17: SEM slika vzorca MG7 ........................................................................................ 39
Slika 4-18: SEM slika vzorca MG25 ...................................................................................... 40
Slika 4-19: SEM slika vzorca MG26 ...................................................................................... 40
Slika 4-20: FTIR spekter poli(DVA-ko TT) vzorca ............................................................... 43
Slika 4-21: Krivulja natezne napetosti vs. raztezek za izbrane poliHIPE vzorce ................... 45
![Page 14: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/14.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci bioloških celic
X
Uporabljeni simboli in kratice
Simboli
c molarna koncentracija [mol/L]
dpor povprečni premer primarnih por [µm]
m masa [g]
mz začetna masa vzorca [mg]
m1 masa vzorca po 1 tednu [mg]
m2 masa vzorca po 2 tednih [mg]
m3 masa vzorca po 3 tednih [mg]
m4 masa vzorca po 4 tednih [mg]
Tvf temperatura vodne faze emulzije [°C]
Te temperatura emulzije [°C]
w1 masni delež surfaktanta 1 [%]
w2 masni delež surfaktanta 2 [%]
wCeks. eksperimentalni masni delež elementa ogljika [%]
wCteo. teoretični masni delež elementa ogljika [%]
wHeks. eksperimentalni masni delež elementa vodika [%]
wHteo. teoretični masni delež elementa vodika [%]
wNeks. eksperimentalni masni delež elementa dušika [%]
wNteo. teoretični masni delež elementa dušika [%]
wSeks. eksperimentalni masni delež elementa žvepla [%]
wSteo. teoretični masni delež elementa žvepla [%]
φsurf. volumski delež surfaktantov [%]
Kratice
AA akrilna kislina
AIBN azoizobutilronitril
BPO benzoil peroksid
BET Brunauer-Emmett-Teller
DVA divinil adipat
DVB divinil benzen
FTIR Fourier Transform infrared; Fourerova Transformirana infrardeča
GMA glicidil metakrilat
HEMA hidroksietil dimetakrilat
![Page 15: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/15.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tiolov kot nosilci bioloških celic
XI
HEA hidroksietil akrilat
HIPE high inernal phase emulsion; emulzija z visokim deležem notranje faze
HLB hidrofil-lipofil balance; hidrofilno-lipofilno razmerja
HLBmeš. HLB vrednost mešanice surfaktantov [/]
HLBsurf.1 HLB vrednost surfaktanta 1 [/]
HLBsurf.2 HLB vrednost surfaktanta 2 [/]
ICI Investment Company Institute
KPS kalijev persulfat
NASI N – akriloksi succinimid
O/V olje v vodi
PEL121 poli(etilen glikol)-blok-poli(propilen glikol)-blok-poli(etilen glikol )
ROMB ring opening metathesis polymerization; metatezna polimerizacija z
odpiranjem obroča
SEM/VEM scanning electron microscop / vrstični elektronski mikroskop
TT tetratiol
V/O voda v olju
![Page 16: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/16.jpg)
![Page 17: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/17.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
1
1 Uvod
Tkivno inženirstvo se ukvarja z raziskovanjem in preučevanjem različnih področjih, kot so
rast in razvoj tkiv, zamenjava tkiv, tkivna opora in dostava zdravilnih učinkovin na izbrano
mesto v telesu. V zadnjem času pa je glavna tema raziskovanja priprava tridimenzionalne
polimerne matrike, primerne za nanos celic in posledično rast in razvoj novega tkiva na
pripravljenem tridimenzionalnem polimernem nosilcu. Cilj je, da bi se celična kultura
razraščala na polimernem nosilcu, ki bi ga kasneje lahko uporabili za zamenjavo izbranega
tkiva v telesu, ali le za regeneracijo poškodovanega tkiva v telesu. Princip razvoja bioloških
celic na polimernem nosilcu in potek zamenjave v telesu vidimo na sliki 1-1.[1]
Za rast tkiva in uspešno razmnoževanje celic na polimerni podlagi so pomembne lastnosti, kot
so biokompatibilnost, biorazgradljivost in mehanska stabilnost. Pri pripravi nosilca pa je
potrebno kontrolirati tudi njegovo morfologijo, porozno strukturo in velikost ter porazdelitev
por, saj bo polimerni nosilec le z ustrezno morfologijo nudil primerno oporo za razvoj tkivne
tvorbe.[2] Za pripravo ustreznih polimernih materialov je torej najboljše pripraviti emulzijo z
visokim deležem notranje faze, saj lahko s spreminjanjem sestave HIP emulzije dosežemo
dobro kontrolirano morfologijo.
Slika 1-1: Shematski prikaz uporabe v tkivnem inženirstvu[1]
![Page 18: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/18.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
2
Polimerni nosilec mora za uporabo v telesu imeti lastnosti, kot so biorazgradljivost in
biokompatibilnost. Pomembno je, da je biorazgradljiv, saj se bo v telesu nahajal le krajši čas
in ravno zato je priprava biostabilnega nosilca nesmiselna. Prav tako je pomembno, da je
polimerna matrika biokompatibilna in na tkivo oz. telo ne deluje toksično.[1] Za dosežene
lastnosti biokompatibilnosti in biorazgradljivosti je potrebno izbrati ustrezne osnovne
monomere za pripravo polimernih nosilcev. Na začetku so velik potencial pokazali polimerni
nosilci na osnovi fotopolimeriziranih metakrilatov, saj so zaradi svojih lastnosti v sestavi imeli
številne prednosti pred poli mlečno kislino. Ustrezali so pogoju biorazgradljivosti, saj imajo
prisotno estrsko vez, prav tako pa imajo dobre mehanske lastnosti. Z leti so ugotovili, da s
tkivom ne delujejo biokompatibilno, saj imajo nanj citotoksični vpliv. Zato so se začela
raziskovanja na področju biorazgradljivih polimerov brez toksičnih učinkov in z enostavno
pripravo. Med najbolj primerne polimere so se uvrstili polimeri, na osnovi fotopolimeriziranih
vinil estrov in vinil karbonatov. Imajo enake prednosti kot metakrilati, le da v telesu delujejo
biokompatibilno.[2]
1.1 Namen, hipoteze in cilji
V sklopu magistrske naloge želimo pripraviti tridimenzionalni polimerni nosilec za rast in
razmnoževanje bioloških celic. Polimerni nosilec mora imeti ustrezne morfološke lastnosti,
kot so porozna struktura, velikost por in porazdelitev velikosti por. Te lastnosti polimernih
nosilcev so najpomembnejše za nadaljnjo uporabo v tkivnem inženirstvu. Porozne polimerne
nosilce bomo pripravili s pomočjo priprave HIP emulzije, ki nam omogoča pripravo visoko
poroznega polimera s kontrolirano morfologijo. S spreminjanem izbranih parametrov
(količina in razmerje surfaktantov, temperatura vodne faze, temperatura emulzije in razmerje
monomerov) pri pripravi HIP emulzije, bomo zagotovili zadostno velikost primarnih in
sekundarnih oz. povezovalnih por ter posledično odprto celično strukturo polimernega nosilca
za lažji in celostni razvoj bioloških celic v kompaktno tkivno tvorbo.
Za pripravo polimernih nosilcev bomo izbrali monomere na osnovi vinil estrov in tiolov z
nizko stopnjo citotoksičnosti, ki jih bomo polimerizirali s tiol-en klik reakcijo. Zaradi lastnosti
izbranih monomerov in prisotne estrske vezi, bomo zagotovili, da bo polimerni nosilec
biokompatibilen in biorazgradljiv.
Lastnosti pripravljenih polimernih nosilcev bomo okarakterizirali s pomočjo SEM
mikroskopa, elementnega analizatorja, porozimetra, FTIR spektrofotometra in Instron stroja
po standardu ISO 370/4 za merjenje mehanskih lastnosti.
![Page 19: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/19.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
3
2 Teoretični del
2.1 Makroporozni polimeri
Makroporozni polimeri so polimeri, ki imajo visoko porozno strukturo. Porozno strukturo
najlažje opišemo s poroznostjo, ki je definirana kot razmerje med volumnom por in volumnom
materiala. Polimerni materiali s porozno strukturo so uporabni na številnih področjih, ravno
zaradi visoke specifične površine in dobro definirane poroznosti. Uporabni so v
mikroelektronski industriji, kot nosilci v tkivnem inženirstvu, pri katalizi, kot reagenti pri
različnih kemijskih sintezah, kot membrane za separacijske procese, kot osnova za
proizvodnjo anorganskih poroznih materialov, itd.[3] Porozni polimeri so uporabni tudi za
shranjevanje vodika.[4]
Različne aplikacije polimerov zahtevajo različne oblike le teh. Porozni polimeri so lahko
pripravljeni v obliki membran, filmov, monolitov in tudi v obliki zrn. Za pripravo poroznih
materialov se uporabljajo različne metode, med bolj uporabljenimi je priprava poroznih
materialov s pomočjo polimerizacije kontinuirne faze emulzije z visokim deležem notranje
faze (HIP emulzije). S polimerizacijo HIP emulzije dobimo visoko porozni material z dobro
definirano porozno strukturo ali poliHIPE.[3]
2.2 HIP emulzija
Emulzije z visokim deležem notranje faze, angl. HIP emulsions (HIPE – high internal phase
emulsions) se uporabljajo že vrsto let, največ v živilski in kozmetični industriji. Med prvimi
je HIP emulzije opisal Lissant, in tako postavil osnovno definicijo HIP emulzije.[5]
Emulzija z visokim deležem notranje faze je emulzija, kjer je volumen notranje faze večji od
74,05 % celotnega volumna emulzije. Ta volumen notranje faze je maksimalni volumen, kjer
so dispergirani delci notranje faze še enakomerno veliki in zasedejo sferično obliko. Volumen
notranje faze emulzije lahko znaša vse do 99 % celotnega volumna emulzije, le da so takrat
dispergirani delci notranje faze neenakomerne velikosti in deformirane oblike, in zasedejo
različne oblike poliedrov.[6] Po dodatku 74 %-94 % notranje faze, delci dispergirane faze
zasedejo obliko rombičnega dodekaedra, po dodatku volumna notranje faze med 94 %-96 %
notranje faze so dispergirane kapljice v obliki oktaedra. Po dodatku inertne faze nad 96 % pa
zasedejo obliko pentagonalnega dodekaedra.[7]
HIP emulzijo pripravimo z mešanjem dveh nemešljivih tekočin, pri čemer je ena tekočina
dispergirana v drugi tekočini. Tekočina, ki obdaja dispergirane delce predstavlja zunanjo oz.
kontinuirno fazo, dispergirana tekočina pa predstavlja notranjo oz. inertno fazo. Glede na to,
ali je notranja faza voda ali olje, ločimo naslednja tipa emulzij:
a) V/O emulzija
Emulzija voda v olju, je emulzija, kjer je vodna faza dispergirana v zunanji-oljni fazi. Vodna
faza je po navadi sestavljena iz vodne raztopine kalcijevega klorida heksahidrata ali druge soli,
medtem ko organsko fazo po navadi sestavlja ogljikovodik.
![Page 20: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/20.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
4
b) O/V emulzija
Emulzija olje v vodi, je emulzija, kjer oljna faza predstavlja notranjo fazo, ki je dispergirana
po zunanji-vodni fazi.[7]
2.3 Stabilnost HIP emulzije
Stabilnost HIP emulzije je odvisna od številnih faktorjev, kot so vrsta in količina surfaktanta,
molekularna struktura dispergirane in kontinuirne faze, prisotnost soli v vodni fazi in
temperatura.[7]
Narava soli je pomemben faktor pri stabilizaciji emulzije. Različne soli so dodane v vodno
fazo z namenom, da bi stabilizirane HIP emulzije, med njimi tudi kalcijev klorid heksahidrat
in natrijev sulfat. Sol namreč zmanjša interakcije med neionskimi surfaktanti in vodno fazo,
torej poveča interakcije surfaktant - surfaktant in posledično poveča urejenost na medfazni
površini kar posledično stabilizira HIP emulzijo. Sol lahko prav tako poveča stabilnost
emulzije z zaviranjem Ostwaldovega zorenja, to je proces kjer večji delci rastejo na račun
manjših delcev.[7]
Na stabilnost emulzije vpliva tudi prosta medfazna energija, višja kot je medfazna energija,
bolj je emulzija stabilna.
Pri emulziji tipa V/O na stabilnost vpliva tudi polarnost organskih komponent. Višja kot bo
hidrofobnost komponent v organski fazi in hidrofilnost komponent v vodni fazi višja bo
stabilnost HIPE emulzije.[7]
Viskoznost prav tako vpliva na stabilnost HIP emulzije. Z povečevanjem viskoznosti emulzije
se poveča stabilnost le te.[7]
S povečevanjem temperature pri pripravi HIP emulzije, pride do povečanja koalescence
dispergiranih delcev in s tem do zmanjšanja stabilnosti emulzije.[7]
Pri pripavi emulzije pomemben faktor predstavljajo surfaktanti. Surfaktanti so HIP emulziji
dodani za stabilizacijo in posledično preprečitev fazne separacije in fazne inverzije. Za
dosežek stabilne emulzije morajo surfaktanti delovati tako, da zmanjšajo medfazno napetost
med fazama, se adsorbirajo na medfazni površini in tvorijo togi medfazni film.[7]
Za uspešno stabilizacijo emulzije in tvorbo medfaznega filma je potrebno ustrezno izbrati
surfaktant ali mešanico surfaktantov.[7]
2.3.1 Izbira surfaktanta in HLB sistem
Surfaktanti so molekule, ki jih delimo na neionske, anionske, kationske in amfoterne. Neionski
surfaktanti so brez naboja, anionski surfaktanti imajo negativen naboj, kationski surfaktanti
imajo pozitiven naboj, amfoterni surfaktanti poznani tudi pod imenom Zwitter ion, pa imajo v
molekuli pozitivni in negativni ion. Za stabilizacijo emulzije je torej potrebno izbrati
surfaktant na podlagi njegovih kemijskih in fizikalnih lastnosti. Hidrofilni surfaktanti
stabilizirajo O/V emulzije, medtem ko hidrofobni surfaktanti tvorijo V/O emulzije. Za
stabilizacijo se lahko uporabi tudi mešanica hidrofilnih in hidrofobnim surfaktantov. Izkazalo
se je namreč, da se uporaba mešanice surfaktantov v nekaterih sistemih bolje obnese pri
stabilizaciji emulzije kot uporaba enega surfaktanta.[7]
![Page 21: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/21.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
5
Primerni surfaktant ali mešanico surfaktantov za emulzijo najlažje določimo z eksperimentalni
poskusi. V veliko pomoč pa nam je lahko HLB vrednost surfaktantov(HLB-Hydrophile-
Lipophile Balance). HLB vrednost nam poda hidrofilno-lipofilno ravnovesje, med lipofilnih
in hidrofilnih delom surfaktanta, kajti vsak surfaktant ima v svoji kemijski strukturi lipofilne
in hidrofilne skupine.[7]
HLB sistem
Leta 1940 je organizacija ICI (angl. Investment Company Institute) predstavila sistematično
shemo izbranih emulgatorjev za različne aplikacije, kar so poimenovali HLB sistem.
Posamezni surfaktanti imajo torej v HLB sistemu definirano svojo HLB vrednost. HLB
vrednosti so definirane od 0-18. Surfaktante na podlagi HLB vrednosti delimo na lipofilne
surfaktante in hidrofilne surfaktante. Lipofilni surfaktanti imajo HLB vrednosti nižji od 9,
medtem ko imajo hidrofilni surfaktanti HLB vrednosti višji od 11. HLB vrednost lahko
ustrezno določimo tudi mešanici surfaktantov z različnimi HLB vrednostmi. Za stabilizacijo
emulzij lahko uporabimo tudi mešanico hidrofilnih in hidrofobnih surfaktantov in tudi takrat
lahko ustrezno določimo HLB vrednost mešanice surfaktantov. HLB vrednost za mešanico
dveh surfaktantov izračunamo po enačbi 1.1.[8]
HLBmeš.=w1 * HLB surf1+w2 * HLB surf2 (Enačba 1.1)
Kjer je:
w1 masni delež surfaktanta 1
w2 masni delež surfaktanta 2
HLBmeš HLB vrednost mešanice surfaktanta 1 in surfaktanta 2
HLBsurf1 HLB vrednost surfaktanta 1
HLBsurf2 HLB vrednost surfaktanta 2
HLB vrednost surfaktanta ali mešanice surfaktantov je odvisna tudi od topnosti. Surfaktanti z
nižjo HLB vrednostjo so topni v olju, medtem ko so surfaktanti z višjo HLB vrednostjo topni
v vodi. Glede na funkcijo in lastnosti surfaktantov jih lahko razdelimo v različne skupine glede
na HLB vrednosti, kar vidimo v tabeli 2-1.[8]
Tabela 2-1: Izbrani tipi surfaktantov z HLB območjem
Območje HLB vrednosti Tip surfaktanta
4-6 V/O surfaktanti
7-9 Vlažilni agenti
8-18 O/V surfaktanti
13-15 detergenti
10-15 topila
![Page 22: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/22.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
6
2.4 PoliHIPE materiali
Leta 1982 sta Barby in Haq predstavila patent, kjer sta prvič uporabila izraz poliHIPE za
material, ki ga lahko pripravimo s polimerizacijo zunanje faze HIP emulzije. Najpogosteje za
uporabo poliHIPE materialov uporabimo emulzijo tipa voda v olju. V tem primeru so
monomeri topni v oljni-organski fazi, vodna faza pa poskrbi za porozno strukturo polimera. V
primeru hidrofilnih monomerov za pripravo poliHIPE materiala je potrebno uporabiti emulzijo
tipa olje v vodi. Če pri pripravi emulzije ne smemo uporabiti vode, je za sintezo poliHIPE
materialov najbolj primerna uporaba brezvodne HIP emulzije, kjer sta za pripravo potrebne
dve nemešljivi organski tekočini.[6] Raziskovalca Cameron in Sherrington sta uporabila
brezvodno HIP emulzijo za pripravo poli(akrileter sulfonskih) poliHIPE materialov.[9]
Možnost priprave poliHIPE materiala je mogoča tudi, če so monomeri prisotni v obeh fazah,
torej v kontinuirni in interni fazi. V letu 1980 so namreč Ruckenstein in sodelavci izvedli
poskus priprave poliHIPE membrane, kjer so se monomeri nahajali v obeh fazah emulzije.
Polimerizirali so zunanja fazo sestavljeno iz stirena in butilakrilata z notranjo fazo, sestavljeno
iz natrijevega akrilata in metilen bisakrilamida.[10] Za pripravo poliHIPE materiala pa je možna
tudi uporaba emulzije, kjer kot notranjo fazo uporabimo superkritični CO2. Cooper in
sodelavci so prvi opisali uporabo superkritičnega CO2 kot notranjo fazo v zunanji-vodni fazi.
Prav tako so z uporabo superkritičnega CO2 uspešno pripravi poli (akril amid) poliHIPE
material z odprto celično strukturo in porami premera 1,5 µm - 7,7 µm.[11]
Priprava poliHIPE materiala
Priprava poliHIPE materiala je enostaven proces. Ustrezno pripravimo zunanjo fazo, ki
vsebuje monomere, surfaktante in iniciator. Zunanji oz. kontinuirni fazi nato počasi dodajamo
notranjo fazo ob konstantnem mešanju. Po dodatku internee faze poteče polimerizacija
zunanje-kontinuirne faze in kot rezultat dobimo polimerni material-poliHIPE. Pripravo vidimo
na sliki 2-1.[12]
Slika 2-1: Priprava poliHIPE materiala
![Page 23: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/23.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
7
Morfologija polimernega materiala
PoliHIPE materiali imajo kompleksno morfologijo, ki se izoblikuje s polimerizacijo HIP
emulzije. S spreminjanjem parametrov v sestavi HIP emulzije dosežemo dobro definiramo
morfologijo polimernega materiala glede na nadaljnjo željeno aplikacijo.[6]
Med polimerizacijo kontinuirne faze se na mestih, kjer so se nahajale kapljice notranje faze
izoblikujejo odprtine velikosti kapljic. Te odprtine imenujemo primarne pore ˙(angl.voids ali
cavities) in z njimi se določa primarna porozna struktura polimera. Nahajajo se v območju
velikosti od 1 µm do 100 µm. Primarne pore so v strukturi polimera povezane z manjšimi
porami, ki jih imenujemo sekundarne oz. povezovalne pore (angl. window). Sekundarne oz.
povezovalne pore se nahajajo v rangu velikosti od 100 nm do 5 µm.[12] Nastanejo pa lahko na
različne načine. Cameron opisuje, da povezovalne pore nastanejo že med polimerizacijo
kontinuirne faze.[13] Znanstvenika Menner in Bismarack pa opisujeta, da povezovalne pore
nastanejo po končani polimerizaciji kontinuirne faze, in sicer med procesom čiščenja in
sušenja polimera.[14] Strukturo poliHIPE materiala najlažje preučujemo s pomočjo vrstičnega
elektronskega mikroskopa, s katerim pridobimo SEM sliko (Slika 2-2), na kateri vidimo
izoblikovane primarne pore (a) in sekundarne povezovalne pore (b) poliHIPE materiala.
Slika 2-2: Prikaz porozne strukture poliHIPE materiala
Prav tako je pri poliHIPE strukturi pomembna tudi velikost primarnih in sekundarnih por. Na
velikost primarnih por vplivajo številni faktorji pri pripravi emulzije. Carnachan in
raziskovalci so ugotovili, da lahko dodatek soli zmanjša velikost primarnih por za en velikostni
razred. Prav tako so ugotovili, da lahko z višanjem temperature notranje faze in dodatkom
porogenih topil dobijo večje primarne in sekundarne pore.[15]
Primarne in sekundarne pore izoblikujejo porozno strukturo polimera, ki pa je lahko odprtega
ali zaprtega tipa. Williams in Wrobleski sta prva ugotovila številne faktorje, ki lahko vplivajo
na nastanke odprte oziroma zaprte celične strukture materiala.[16] Kasneje so ugotovili, da na
![Page 24: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/24.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
8
nastanek odprte celične strukture polimera najbolj vpliva volumen notranje faze, tip in
koncentracija surfaktanta.[6] Z raziskovanjem nastanka odprte in zaprte poliHIPE strukture so
ugotovili, da ob dodatku manj kot 5 % surfaktanta glede na volumen zunanje faze dobijo
zaprto celično strukturo polimera. Ob dodatku več kot 7 % surfaktanta glede na volumen
zunanje faze pa dosežejo odprto celično strukturo polimera. Koncentracija surfaktanta je pri
tvorbi odpre celične strukture polimera pomembnejša kot volumen notranje faze, kajti
ugotovili so, da ob dodatku 90 % volumna notranje faze in dodatku 5 % surfaktantov še vedno
dobimo zaprto celično strukturo polimera.[17]
2.5 Polimerizacija HIP emulzij
Polimerizacija je proces, pri katerem se monomeri oziroma mešanica monomerov pretvori v
polimer. Poznamo več tipov polimerizacijskih mehanizmov, ki se razlikujejo glede na
kemijske lastnosti in reaktivnost monomerov. Za pridobitev poliHIPE materiala pa je potrebno
izvesti polimerizacijo kontinuirne faze HIP emulzije.
Z možnostjo priprav različnih vrst HIP emulzij, so se pojavile nove možnosti tudi za
polimerizacijo HIP emulzij in posledično uporabo različnih monomerov za pripravo emulzij.
HIP emulzijo lahko polimeriziramo s pomočjo treh tipov polimerizacije, to so: verižna
polimerizacija, stopenjska polimerizacija in metatezna polimerizacija z odprtjem obroča.[12]
2.5.1 Verižna polimerizacija
Verižna polimerizacija je polimerizacija, ki se najpogosteje uporablja za pripravo poliHIPE
materialov. Proces verižne polimerizacije lahko poteče po različnih mehanizmih,
najpogostejši je prosti radikalski mehanizem, kjer reakcijo polimerizacije prične aktivni prosti
radikal in reakcija poteče v 3 korakih: iniciacija, propagacija in terminacija. V stopnji iniciacije
nastane prosti radikal, najpogosteje s pomočjo termične iniciacije, ki nato sproži
polimerizacijo in nadaljnjo rast verige. Polimerizacija se zaključi v koraku terminacije, ko se
porabijo vsi prosti radikali.[2]
S pomočjo verižne polimerizacije lahko nastanejo hidrofilni in hidrofobni poliHIPE materiali.
Za pripravimo je potrebno izbrati ustrezne monomere, ki so topni v zunanji fazi in ustrezno
zamreževalo, ki poskrbi, da nastanejo zamreženi poliHIPE materiali, ki ne razpadejo ali se
razgradijo med procesom čiščenja in sušenja. Pri verižni polimerizaciji je potrebno izbrati tudi
iniciator. Najpogosteje uporabljeni iniciatorji pri procesu radikalske verižne polimerizacije so
organski AIBN (azoizobutilronitril), BPO (benzoil peroksid) in vodotopna iniciatorja KPS
(kalijev persulfat) in APS (amonijev persulfat).[7]
Hidrofilni materiali, ki nastanejo po principu verižne radikalske polimerizacije so pripravljeni
na osnovi monomerov kot so stiren, akrilati in metakrilati. Kot zamreževalo pa se najpogosteje
uporabi DVB (divinil benzen).[7]
Za pripravo hidrofobnih poliHIPE materialov po principu verižne proste radikalske
polimerizacije pa potrebujemo vodotopne monomere, kot so: AA (akrilna kislina), HEMA (2-
hidroksietil metakrilat) in HEA (hidroksietil akrilat). Za uspešno polimerizacijo potrebujemo
tudi zamreževalo, surfaktant in izbran iniciator, najpogosteje uporabimo vodotopni KPS.[7]
![Page 25: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/25.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
9
2.5.2 Stopenjska polimerizacija
Za pripravo poliHIPE materialov se lahko uporabi tudi stopenjska polimerizacija, vendar se
pri procesu stopenjske polimerizacije pojavijo različne omejitve. Za pripravo HIPE materialov
na osnovi stopenjske polimerizacije niso priporočeni monomeri s hidrofilnimi funkcionalnimi
skupinami, saj med polimerizacijo kot stranski produkt nastane voda, ki lahko reagira s
primarnimi komponentami ali jim zmanjša aktivnost za primarno reakcijo. Prav tako se lahko
pojavi problem pri temperaturi reakcije, kajti večina stopenjskih polimerizacij poteka pri
temperaturi okoli 100 °C, ta temperatura pa je že zelo visoka in lahko poruši stabilno HIP
emulzijo. Z višanjem temperature HIP emulzije se namreč zmanjšuje stabilnost emulzije.[7]
Priporočena temperatura za polimerizacijo HIP emulzije je okrog 60°C (odvisno od
uporabljenega iniciatorja).[12] Po navadi s stopenjsko polimerizacijo dobimo material, ki je
slabo porozen in ima relativno visoko gostoto.[7]
Deleuze in sodelavci so po stopenjskem mehanizmu skušali sintetizirati poliHIPE material.
Izvedli so reakcijo polikondenzacije med 2-nitroresorcinom in cianur kloridom. Pridobili so
poliHIPE material za katerega so ugotovili, da nima odprte celične strukture.[18] Imane in
sodelavci pa so po principu stopenjske polimerizacije uspešno polimerizirali HIPE emulzijo
in pridobili porozni poliuretan.[19]
2.5.3 Metatezna polimerizacija z odprtjem obroča
Za pripravo poliHIPE materialov lahko uporabimo tudi metatezno polimerizacijo z odprtjem
obroča (angl. ring-opening metathesis polymerization – ROMB). Za polimerizacijo se
najpogosteje uporabijo monomeri kot so norborneni in diciklopentadien. S polimerizacijo
norbornena dobimo linearne polimere, s polimerizacijo ciklopentadienov pa nastanejo
zamreženi monomeri.[12]
Na področju poliHIPE materialov so s pomočjo metatezne polimerizacije norbenovega
derivata so Deleuze in raziskovalci uspešno pripravili polimer z značilno poliHIPE
strukturo.[20]
2.6 Tiol-en kemija
Tiol-en reakcija je reakcija, ki poteče med tiolom in alkenom. Reakcija je visoko učinkovita
kar so ugotovili že v letu 1905, ko so predstavili princip reakcije med tiolom in alkenom.
Ravno zaradi dobrih lastnosti reakcije jo uvrščamo tudi med KLIK reakcije.
KLIK reakcije je prvi definiral Sharpless leta 2001, in sicer kot reakcije z naslednjimi
lastnostmi:
visok izkoristek reakcije, brez stranskih produktov, če že nastanejo so odstranljivi z ne
kromatografskimi metodami
dobra regioselektivnost in stereospecifičnost
neobčutljivost na vodo in kisik
mili reakcijski pogoji, brez topila ali s topilom, ki se ga hitro odstrani (voda)
ortogonalnost s skupnimi sinteznimi reakcijami
![Page 26: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/26.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
10
hitra reakcija s vhodnimi skupinami oziroma reagenti
Tiol-ene reakcija lahko poteče na dva načina, in sicer lahko reakcija poteče po principu proste
radikalne adicije na elektronsko bogato ali elektronsko revno C=C vez. Lahko pa je reakcija
ustrezno katalizirana, takrat poteče Michaelova adicija na elektronsko zadostno C=C vez.
Osnovni princip obeh reakcije vidimo na sliki 2-3. Obe reakciji sta visoko učinkoviti in spadata
med klik reakcije.[17]
-
Slika 2-3: Splošna tiol-en reakcija
Tiol-ene reakcija se je kaj kmalu začela uporabljati tudi za pripravo makromolekul. Kot najbolj
učinkovita tiol-en reakcija se je izkazala prosta radikalska tiol-en reakcija, kjer reakcija poteče
po naslednjem mehanizmu (slika 2-4). V procesu iniciacije s pomočjo iniciatorja, ki ga
ustrezno iniciramo tvorimo tiolni radikal. Tiolni radikal v procesu propagacije I napade dvojno
vez v izbranem alkenu. Pridobimo nov ogljikov radikal, ki v procesu propagacije II ponovno
pridobi H atom iz molekule tiola in pride do verižne premestitve. Prav tako pa pridobimo nov
tiolni radikal za nadaljevanje reakcije. V procesu terminacije se reakcija zaključi, ko se
porabijo vsi prosti radikali.[21]
Slika 2-4: Mehanizem radikalske tiol-en reakcije[21]
Pri mehanizmu radikalne tiol-ene reakcije tekmujeta dva mehanizma, in sicer stopenjski
mehanizem, kje se po procesu propagacije I zgodi verižna premestitev, ogljikov radikal
namreč prevzame vodikov atom in ponovno nastane tiolni radikal. Po procesu propagacije I
pa lahko pride tudi do homopolimerizacije ogljikovega radikala, torej poteče reakcija po
verižnem mehanizmu. V idealnih pogojih, tiol-en reakcija poteče samo po stopenjskem
![Page 27: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/27.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
11
mehanizmu, vendar ob uporabi določenih alkenov, ki so zmožni homopolimerizacije reakcija
poteče po verižnem mehanizmu.
Pri tiol-en polimerizaciji se najpogosteje uporabljajo tipi tiolov kot so: alkil tioli, alkil tiol
fenoli, alkil tiol propionati in alkil tiol glikonati. Prav tako se lahko uporabijo številni
multifunkcionalni tioli. (Slika 2-5)[17] Polimerizirajo lahko s številnimi alkeni, ki jih vidimo
na sliki 2-6.[2]
Slika 2-5: Tipični tioli za uporabo v tiol-en polimerizaciji
Slika 2-6: Tipični alkeni za uporabo v tiol-en polimerizaciji
![Page 28: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/28.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
12
2.7 Foto tiol-en polimerizacija
Klasična fotopolimerizacija se uporablja na številnih področjih, v znanosti bio materialov, v
nanotehnologiji, pri površinski funkcionalizaciji, pri selektivni funkcionalizaciji linearnih
polimerov, v visoko občutljivi litografiji in optiki. Žal pa se lahko pri klasičnem-verižnem
procesu radikalske fotopolimerizacije pojavijo težave, saj ima sama reakcija kompleksno
kinetiko, je občutljiva na kisik in tvori heterogene polimere. In ravno zaradi teh težav se vse
bolj uporablja tiol-en fotopolimerizacija.[17]
Z uporabo tiol-en fotopolimerizacije, ki združuje lastnosti klik reakcije in prednosti klasične
foto polimerizacije pridobimo reakcijo tiol-en fotopolimerizacije, ki je zelo uporabna v
različnih kemijskih sintezah in prav tako za pripravo homogenih polimernih materialov. Tiol-
en fotopolimerizacija ima torej številne prednosti, saj ima reakcija enostavno kinetiko, ki
omogoča preprosto kontrolo stopenjskega in verižnega mehanizma radikalske reakcije.[17]
Prednosti foto tiol-en polimerizacije omogočajo, da se je uporabnost reakcije zelo razširila in
postala uporabna na številnih področjih. Uporabljala se za številne sintezne procese in pri
pripravi različnih polimernih materialov. Primerna pa je tudi za sintezo makro poroznih
materialov, ki se uporabljajo za stacionarno fazo pri kapilarni tekočinski kromatografiji in kot
encimski mikro reaktorji.[22][23]
Princip foto tiol-en polimerizacije so začeli uporabljati tudi za sintezo makro poroznih
polimerov s pomočjo emulzije. Leta 2011 so Cameron in njegovi sodelavci predstavili
pripravljen poliHIPE material s pomočjo polimerizacije HIP emulzije po principu tiol-en
polimerizacije. Sintetiziran polimerni makro porozni material je bil pripravljen na osnovi tri-
akrilatov in bis alkenov kot iniciator pa so uporabili mešanico difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)
fosfine okida in 2-hidroksi-2-metilpropiofenona. Dosegli so 75 % - 80 % poroznost z
velikostjo primarnih por v območju od 10 µm do 30 µm.[24] Chen in Cameron sta prav tako
uspešno pripravila poliHIPE material s pomočjo tiol-ene fotopolimerizacije. Preučila sta
namreč lastnosti pridobljenih poliHIPE materialov, če uporabimo različne tipe alkenov pri
polimerizaciji. Namreč, če uporabimo monomere-alkene, ki so sposobni homopolimerizacije,
kot so multifunkcionalni akrilati, lahko tiol-ene foto polimerizacija poteče po verižnem
mehanizmu in dobimo polimerni material z drugačnimi lastnostmi, kot kadar uporabimo
monomere-alkene, ki nimajo možnosti homopolimerizacije. Med takšne monomere uvrščamo
alil etre in bis alkene, in z njimi poteče reakcija po stopenjskem mehanizmu.[26]
2.8 Aplikacije poliHIPE materiala
Polimerni materiali, s kontrolirano makro porozno strukturo, so uporabni na številih različnih
področjih v tehnologijah, in sicer lahko se uporabljajo:
za separacijo in čiščenje
kot nosilci katalizatorjev in reagentov
za shranjevanje vodika
kot nosilci za biološke celice in v tkivnem inženirstvu
![Page 29: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/29.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
13
2.8.1 Porozni polimerni materiali za separacijo in čiščenje
PoliHIPE materiali so zaradi svoje visoko porozne strukture prepustni za prehajanje plinov in
tekočin skozi material, za kar jih uporabljajo v ločevalnih kolonah ali kot ločevalne membrane.
Visoko porozna struktura, mehanska stabilnost in togost poliHIPE monolitov, so lastnosti, ki
omogočajo uporabo v kromatografskih separacijskih procesih.[27] Večina znanstvenikov je
poročalo o pripravi poliHIPE materialov na osnovi glicidil metakrilata (GMA) za uporabo v
kromatografskih procesih. PoliHIPE material na osnovi GMA monomera je zelo uporaben
predvsem v ionski izmenjevalni kromatografiji zaradi proste epoksi skupine, ki se enostavno
funkcionalizira. Pulko in raziskovalci so tako uspešno pripravili poliHIPE membrane na
osnovi glicidil metakrilata, ki so jih funkcionalizirali z dietilaminom in nato uspešno uporabili
v ionsko-izmenjevalnem procesu za čiščenje proteinov.[28]
Polimerne porozne materiale lahko uporabimo tudi v procesu filtracije, kjer se uporabljajo
predvsem za čiščenje vod. In sicer so Benicewicz in kolegi med prvimi poročali o uporabi
poliHIPE materiala za odstranjevanje težkih kovin iz vode.[29] Kasneje so Huš in sodelavci s
pomočjo poroznega poli(GMA) materiala iz vode uspešno odstranili svinec, kadmij in
srebro.[30] Porozni polimerni material za čiščenje atrazina iz kontaminirane vode so uspešno
pripravili Pulko in raziskovalci. Polimerni material so pripravili na osnovi nitrofenil akrilata,
funkcionaliziranega s piperazinom. Z uporabo poliHIPE materiala so v treh dneh iz vode
uspešno odstranili 95% atrazina v območju od 33 ppb do 300 ppb.[31] Raziskovalci iz podjetja
Unilever so patentirali poliHIPE material na osnovi stirena in divinilbezena s pomočjo
katerega lahko iz kontaminirane vode uspešno odstranili virus polio tip1.[3]
2.8.2 Porozni polimerni materiali kot nosilci katalizatorjev in reagentov
Porozni polimeri se veliko uporabljajo kot podpora za vezavo biomakromolekul in raznih
biokatalizatorjev-encimov. Encimi so zelo uporabni kot katalizatorji v številih procesih
pridobivanja zdravil in kemikalij. Pomembno je, da je encim po končani reakciji enostavno
odstranljiv iz produkta. Encim se lahko na polimerno podlago adsorbira ali se veže s
kovalentno vezjo. Kovalentna vezava encim-nosilec je močnejša, kar omogoča večkratno
uporabo kompleksa encim-nosilec brez zmanjšanja encimske aktivnosti.[3]
Piere je med prvimi predstavil uporabo poroznega polimernega nosilca s kovalentno
imobilizacijo encima za uporabo v biokatalizi. In sicer so pripravili poliHIPE material na
osnovi etilheksil akrilata s vključenim monomerom N – akriloksi succinimid (NASI) in tako
uspešno imobilizirali encima lipazo B (Cal-B) in protein (rAceGFR). Prav tako so ugotovili,
da ima imobiliziran encim s kovalentno vezjo večji dostop do substrata kot encimi, ki so
adsorbirani na nosilec ali se nahajajo prosto v raztopini.[32]
Kimmins in raziskovalci so ugotovili, da je primeren poliHIPE material za imobilizacijo
encimov porozni poli(GMA), na katerega so uspešno imobilizirali proteinaze s pomočjo
reakcije na epoksi skupino ali na predhodno funkcionaliziran poli(GMA).[33]
2.8.3 Polimerni nosilci za shranjevanje vodika
Vodik dandanes predstavlja alternativni vir energije, ki bi lahko nadomestil uporabo
ogljikovodikovih goriv za pridobivanje energije. Viri energije na osnovi ogljikovodikov so
![Page 30: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/30.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
14
namreč že močno izrabljeni, zato je potrebno iskati nove možnosti. Uporaba vodika je zelo
priporočena, saj s pomočjo vodika lahko pridobijo do trikrat več energije, kot z uporabo goriv
na osnovi ogljikovodikov. Slabost uporabe vodika je le v tem, da so ogljikovodiki pri
normalnem tlaku in temperaturi večinoma v tekočem agregatnem stanju, zato shranjevanje do
uporabe ni problematično, medtem ko je vodik pri normalnih pogojih v plinastem agregatnem
stanju, kar predstavlja težavo pri shranjevanju vodika do uporabe.[3]
Za shranjevanje vodika so sicer razvili nekaj možnosti, kot so stiskanje vodika, utekočinjanje
vodika, uporaba kovinskih hidridov, adsorpcija vodika na ogljikove nosilce (ogljikove nano
cevke, aktivno oglje in mikroporozni polimeri). Vendar vse te možnosti shranjevanja imajo
kar nekaj slabosti.[3] Kasneje so ugotovili, da se največji potencial za shranjevanje vodika
pokaže pri fizični adsorpciji na ogljikov nosilec, ki ima visoko specifično površino, vse do
2000 m2/g. Visoke specifične površine najlažje pridobijo s pripravo poliHIPE materialov na
osnovi hiperzamreženih polimerov. Prvi hiperzamreženi poliHIPE material, ki so ga preučili
kot potencialni nosilec za shranjevanje vodika, je bil pripravljen na osnovi stirena in 4-vinil
benzen klorida. Dosegli so visoko specifično površino in uspešno povišali adsorpcijo
vodika.[34]
Za shranjevanje vodika se kot alternativna tehnika uporabljajo tudi klatrat hidrati, ki delujejo
kot nekakšna kletka iz molekul vode, ki v notranjosti vključujejo male molekule, kot je npr.
vodik.[3] Cooper in raziskovalci so pripravili poliHIPE material za shranjevanje vodika, ki je
imel na površini film na osnovi klatrat hidrata z dodatkom tetrahidrofurana. Absorpcija vodika
pri uporabi poliHIPE materiala in klatrat hidrata je bila višja kot pri uporabi klasičnega
klatrata.[35]
2.8.4 Polimerni materiali kot nosilci za biološke celice in uporabo v tkivnem inženirstvu
PoliHIPE materiali so izredno uporabni v tkivnem inženirstvu. Njihova uporaba je vse bolj
pogosta ravno zaradi njihovih edinstvenih lastnosti, kot so porozna struktura, primerna
velikost in porazdelitev primarnih por in mehanska stabilnost. Uporabljajo se predvsem kot
opora za razvoj bioloških celic, ki se zaradi porozne strukture in omogočenega prehoda hranil
lahko razrastejo po nosilcu. Takšne polimerne nosilce z ustrezno razmnoženimi celicami se
lahko prenese v telo, kjer nadomestijo poškodovano tkivo. Kot primerni nosilci so se skozi
raziskave najbolje izkazali nosilci s tridimenzionalno strukturo, kajti ugotovili so, da so
polimerni nosilci, ki imajo 3 D strukturo primernejši za gojenje celic kot nosilci z 2 D
strukturo.[3] Hrustančne celice so bile prve, ki so jih vzgojili in razmnožili na poroznem
polimernem nosilcu in jih ustrezno implantirali v telo, kjer bi naj nadomestile poškodovano
tkivo.[36]
Za pripravo poroznih 3 D nosilcev se uporabljajo številne tehnike, med učinkovitejše tehnike
se uvršča priprava tridimenzionalnega poliHIPE nosilca s pomočjo polimerizacije HIP
emulzije. Z uporabo HIP emulzije lahko namreč kontroliramo poroznost, velikost por in
porazdelitev le teh v polimeru. Kontrolirana morfologija pa je izredno pomembna ravno za
rast in razvoj celic na nosilcu, kajti različni tipi celic potrebujejo različne velikosti por, kar
lahko zelo uspešno kontroliramo pri pripravi nosilca s pomočjo HIP emulzije.[2]
![Page 31: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/31.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
15
Uporabo poroznih poliHIPE nosilcev za gojenje celic in uporabo v tkivnem inženirstvu
zasledimo že v začetku 21. stoletja.[27] Od takrat so pripravili že vrsto različnih poliHIPE
nosilcev. Med prvimi so Busby in raziskovalci poročali o pripravi poliHIPE nosilca na osnovi
akrilata. Nanj so nanesli celice, človeške fibroblaste, in kot rezultat dobili celično matriko.[37]
Akay in raziskovalci so pripravi poliHIPE material s 70 %-97 % poroznostjo na osnovi
polistirena, ki so ga uporabili kot nosilec za rast in množitev osteoblastih celic.[38] Bokhari in
raziskovalci so za gojenje hepatociskih celic pripravili porozno poli(stiren – ko - divinil
benzen) membrano, ki je zaradi porozne strukture omogočala prehod hranil, kar je pomembno
za rast celic v in vitro okolju.[39] Za podporo skletnih mišič pa so Lumelsky in raziskovalci
pripravili polimerni nosilec iz polikaprilaktona in polistirena v obliki monolita.[40]
V tkivnem inženirstvu pa se vedno bolj uporabljajo predvsem biorazgradljivi in
biokompatibilni poliHIPE nosilci. Najprej so biorazgradljive polimerne materiale pripravljali
na osnovi biopolimerov, kasneje pa so pripravili prvi hidrofilni 3 D poliHIPE nosilec s
funkcionalizacijo vinilne skupine na anhidroglukoznem biopolimeru. Polimerni nosilec je bil
primeren za migracijo nevronskih celic.[41] Berbetta in raziskovalci so uspešno pripravili
biorazgradljive poliHIPE materiale na osnovi želatine ki pa so se izkazali kot biokompatibilni
in mehansko stabilni za gojenje hepatociskih celic.[42]
Kasneje so biorazgradljive poliHIPE materiale začeli uspešno pripravljati na osnovi poli
estrov, kajti estrska vez omogoča enostavno razgradnjo po principu hidrolize vezi. Kot najbolj
primerni biorazgradljivi in biokompatibilni poliHIPE materiali so se pokazali polimeri na
osnovi multifunkcionalnih alkenov in tiolov, ki polimerizirajo po principu tiol-en reakcije.[3]
Prvi poliHIPE material, ki je zagotavljal vse te lastnosti po principu reakcije alkena in tiola, je
pripravil Caldwell, in sicer je uporabil tiol tris(3-merkaptopropionat) in trimetil propran v
molarnem razmerju funkcionalnih skupin 1:1. Kot rezultat je dobil polimerni nosilec s
primarnimi porami v rangu velikosti 35 µm -125 µm. Pripravljen polimerni nosilec se je
izkazal kot primeren za rast in razvoj bioloških celic keratonicit, ki so razvile željene biološke
lastnosti in možnost nadaljnje uporabe v tkivnem inženirstvu.[43]
Sušeč in raziskovalci so uspešno pripravili biorazgradljiv poliHIPE material, na osnovi
monomerov tetrakis(3-merkaptopropionata) in vinil estra, z nizko citotoksičnostjo in
možnostjo biorazgradnje. Pripravljen polimerni material so uporabili kot nosilec na katerega
so nanesli osteoblastne celice, ki so se uspešno razrastle na nosilcu, ki bi bil primeren za
nadaljnjo uporabo v tkivnem inženirstvu in različnih biomedicinskih aplikacijah.[44]
Naranda in raziskovalci so prav tako uspešno pripravili poliHIPE nosilec s prisotno estrsko
vezjo, ki polimernemu nosilcu zagotavlja možnost enostavne razgradnje. Za polimerizacijo so
izbrali ne citotoksične monomere, na osnovi vinil estrov. Uspešno so pripravili poliHIPE
nosilec z visoko poroznostjo in primarnimi porami v rangu velikosti 50 µm-170 µm, ki je bil
primeren za gojenje hrustančnih celic.[45]
![Page 32: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/32.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
16
3 Eksperimentalni del
3.1 Materiali
Za pripravo emulzije z visokim deležem notranje faze smo uporabili naslednje kemikalije:
divinil adipat (DVA, TCI Europe)
tetrakis (3-merkaptopropionat) (tetratiol, TT, Sigma-Aldrich)
span 65 (Merck)
iniciator Irgacure 819 (I819, BASF)
poli(etilen glikol)-blok-poli(propilen glikol)-blok-poli(etilen glikol) (Pluronic L121,
PEL 121, Sigma-Aldrich)
kalcijev klorid heksahidrat (CaCl2 x 6H20, Sigma-Aldrich)
degazirano destilirano vodo
Za čiščenje pripravljenega polimernega materiala smo uporabili:
destilirano vodo
2-propanol (Merck)
3.2 Aparature
Za pripravo in karakterizacijo polimernih monolitov smo uporabili naslednje aparature::
Aparatura za merjenje mehanskih lastnosti
Mehanske lastnosti polimernih vzorcev smo izmerili na aparaturi Instron 5800 (Instron
Limited , MA, USA).
Elementni analizator
Na polimernih vzorcih smo določili kvantitativno elementno sestavo ogljika, dušika, vodika
in žvepla. Analizo smo opravili z elementnim analizatorjem (Perkin-Elmer CHNS/O 2400).
FTIR spektrometer
Kemijsko sestavo polimernih nosilcev smo potrdili s pomočjo FTIR spektra, ki smo ga posneli
s FTIR spektrometrom (Shimadzu IRAffinity-1 Fourier Transform Infrared
Spectrophotometer).
Elektronsko mešalo
Emulzijo z visokim deležem notranje faze smo med pripravo mešali z elektronskim mešalom
(Ika Werke).
Termostat Lauda
Za vzdrževanje konstantne temperature organske faze med pripravo HIP emulzij, smo
uporabljali termostat Lauda ((Alpha RA 12).
UV komora
Emulzijo z visokim deležem notranje faze smo po končanem mešanju fotopolimerizirali v UV
komori (UVITRON Intelli-Ray 600).
![Page 33: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/33.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
17
Vrstični elektronski mikroskop
S pomočjo vrstičnega elektronskega mikroskopa (Philips XL-30 SEM), smo ustrezno
okarakterizirali morfološke lastnosti pripravljenih polimernih nosilcev.
Porozimeter
Specifične površine pripravljenih polimernih nosilcev smo ustrezno izmerili s pomočjo BET
metode, ki temelji na adsorpciji - desorpciji dušika. Meritve smo izvedli na porozimetru
(Micromeritics TriStar II 3020).
3.3 Laboratorijske metode
Porozne polimerne nosilce smo pripravili s polimerizacijo HIP emulzije. Emulzijo smo
polimerizirali v UV komori, kjer je polimerizacija potekla po principu tiol-ene kemije s
pomočjo s fotoiniciatorja Irgacure 819.
3.3.1 Priprava poli(HIPE) materiala na osnovi TT in DVA
Polimerni material smo pripravili s pomočjo priprave emulzije po naslednjem postopku. V
zatemnjenem dvogrlem reaktorju smo pripravili organsko fazo, ki je bila sestavljena iz
monomerov DVA (2,656 g) in TT (3,225 g), iniciatorja Irgacure 819 (1 ut % glede na maso
monomerov) in surfaktantov SPAN65 in PEL121(15 vol. %, 20 vol. % in 25 vol. % glede na
volumen monomerov). Organsko fazo smo mešali s pomočjo elektronskega mešala, da smo
dobili homogeno monomerno fazo. Nato smo k organski fazi s pomočjo lij kapalnika po
kapljicah dodali vodno fazo (1,79 % vodna raztopina CaCl2 x 6H20). Po dodatku 80 vol. %
vodne faze, glede na celotni volumen emulzije, smo emulzijo mešali še 45 min s hitrostjo 250
obr./min. Pripravljeno emulzijo smo prelili v petrijevko in polimerizirali v UV komori 200 s
pri 90 % intenziteti. Po končani polimerizaciji smo polimerni vzorec čistili v Soxhletovem
aparatu, najprej 24 ur v vodi in nato še 24 ur v 2-propranolu. Po čiščenju smo vzorec posušili
na zraku. V tabeli 3-1 so prikazane točne zatehte reagentov za pripravo emulzij.
Vodno fazo smo pripravili iz kalcijevega klorida heksahidrata ter degazirane destilirane vode
tako, da smo v 100 mL bučko zatehtali kalcijev klorid heksahidrat in ga razredčili z degazirano
vodo do oznake. Tako smo dobili 1,79 % vodno raztopino kalcijevega klorida heksahidrata,
ki smo jo uporabili kot notranjo fazo emulzije.
![Page 34: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/34.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
18
Tabela 3-1: Zatehte pripravljenih polimernih vzorcev
Vzorec m (DVA) [g] m (TT) [g] m (SPAN65)
[g]
m (PEL121)
[g]
m (I819)
[g]
MG3 2,674 3,237 1,051 0,197 0,056
MG4 2,644 3,253 0,621 0,145 0,059
MG5 2,660 3,21 0,858 0,173 0,093
MG7 2,590 3,25 0,148 0,652 0,067
MG8 2,700 3,225 0,153 0,872 0,060
MG9 2,701 3,264 0,635 0,136 0,060
MG10 2,650 3,315 0,850 0,198 0,069
MG11 2,650 3,346 1,064 0,201 0,060
MG12 2,664 3,241 0,197 1,099 0,059
MG13 2,770 3,279 0,114 0,697 0,068
MG14 2,663 3,239 0,142 0,854 0,058
MG15 2,678 3,261 0,728 0,143 0,056
MG16 2,639 3,224 0,865 0,172 0,061
MG17 2,673 3,252 1,059 0,197 0,061
MG18 2,670 3,220 0,120 0,649 0,059
MG19 2,665 3,225 0,148 0,868 0,058
MG20 2,655 3,215 0,120 0,704 0,059
MG21 2,670 3,292 0,170 0,850 0,062
MG25 3,172 1,964 0,104 0,586 0,051
MG26 3,524 1,086 0,102 0,564 0,048
MG27 2,005 4,917 0,134 0,745 0,069
3.3.2 Biorazgradljivost polimernih materialov
Biorazgradljivost izbranih vzorcev smo preverili v nizkih koncentracijah vodne raztopine
NaOH. Najprej smo pripravili vodne raztopine NaOH različnih koncentracij
(10-3 M, 10-4 M in 10-5 M). Nato smo izrezali manjše kose polimernih vzorcev in jih stehtali.
Stehtane vzorce smo potopili v 40 mL NaOHaq izbranih koncentracij in jih v raztopinah
namakali 1 teden pri sobni temperaturi. Po 1 tednu smo od vzorcev odstranili raztopino
NaOHaq, koščke sprali z vodo in acetonom ter jih posušili na zraku. Suhe vzorce smo ponovno
stehtali in izračunali odstotek biorazgradljivosti vzorcev po enačbi 3.1. Test biorazgradljivosti
smo izvajali še nadaljnje 4 tedne.
% bio=(začetna masa vzorca−𝑘𝑜𝑛č𝑛𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑣𝑧𝑜𝑟𝑐𝑎)
𝑧𝑎č𝑒𝑡𝑛𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑣𝑧𝑜𝑟𝑐𝑎 𝑥 100% (Enačba 3.1)
![Page 35: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/35.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
19
3.4 Karakterizacijske metode
3.4.1 Vrstična elektronska mikroskopija
Morfološke lastnosti pripravljenih polimernih materialov preverimo s pomočjo vrstične
elektronske mikroskopije. Pripravljene polimerne vzorce pred SEM analizo ustrezno
naprašimo s paladijem ter tako pridobimo prevodne polimerne vzorce. Prevodne polimerne
vzorce ustrezno analiziramo s pomočjo elektronskega vrstičnega mikroskopa, ki temelji na
analizi površine vzorca s pomočjo elektronskega curka. Kot rezultat dobimo SEM sliko, ki jo
ustrezno analiziramo s pomočjo izbranega programa in Excela in tako pridobimo porazdelitev
in povprečno velikost por.
3.4.2 Dušikova adsorpcijska/desorpcijska porozimetrija
S pomočjo BET (Brunauer-Emmet-Tellerjeve) metode na porozimetru na podlagi adsorpcije
in desorpcije dušika izmerimo specifično površino sintetiziranih materialov. Specifična
površina nam poda informacije o porozni strukturi poliHIPE materiala.
Pripravljene vzorce pred meritvijo na porozimetru 24 ur prepihujemo z dušikom, saj tako
odstranimo ostanke topil. Po prepihovanju na porozimetru izvedemo analizo BET specifične
površine pri temperaturi 77,3 K.
3.4.3 Elementna analiza
S pomočjo elementne analize lahko določimo masni delež ogljika, vodika, dušika, žvepla in
kisika v vzorcu. V ta namen nam služi elementni analizator. Zatehtan vzorec vstavimo v
posebni lonček in ga vstavimo v vzorčevalnik. Vzorec se sežge v prebitnem kisiku, pri tem pa
nastanejo sežigni produkti, ki se reducirajo v pline C02, H20, N2 in SO2. Plini se nato
homogenizirajo in ločijo na koloni. S pomočjo detektorja in računalniškega programa, iz
ločenih plinov pridobimo podatke o masnih deležih elementov C, H, N in S.
3.4.4 FTIR spektroskopija
Kemijsko sestavo vzorec preverimo s FTIR spektroskopijo. S pomočjo FTIR spektrometra
najprej posnamemo ozadje, nato pa še spekter vzorec. Analize opravimo pri valovni dolžini
med 400 cm-1 in 4000 cm-1. Vzorec se skenira 10x, saj tako zmanjšamo šum spektra. Kot
rezultat pridobimo spekter z ustreznimi signali, ki nam opišejo ustrezne funkcionalne skupine
v polimernem vzorcu.
3.4.5 Testiranje mehanskih lastnosti
Natezne lastnosti pripravljenih polimernih vzorcev izmerimo pri sobni temperaturi na ustrezni
napravi Instron po standardu ISO 370/4. Pripravimo si preskuševalne vzorce dolžine 20 mm
in širine ravnega dela 2 mm, na katerih opravimo natezni preizkus pri konstantni hitrosti
10 mm min-1.
Kot rezultat pridobimo graf, ki nam prikazuje odvisnost natezne napetosti od nateznega
raztezka. Iz grafa ustrezno določimo natezno trdnost in zlomni raztezek. Prav tako pa lahko iz
grafa v območju linearnosti krivulje določimo vrednosti za Youngov modul.
![Page 36: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/36.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
20
4 Rezultati in diskusija
V sklopu magistrske naloge smo pripravili porozne poli(DVA-ko-TT) nosilce po principu tiol-
en klik polimerizacije (Slika 4-1). Glavni cilji magistrske naloge so bili pripraviti visoko
porozen material z ustrezno porazdelitvijo velikosti por za rast in razmnoževanje bioloških
celic in nadaljnjo uporabo v telesu.
Slika 4-1: Polimerizacijska shema poli(DVA-ko-TT) materiala
Na velikost in porazdelitev velikosti por vpliva veliko parametrov, ki jih lahko optimiramo pri
pripravi HIP emulzije. V okviru magistrske naloge smo proučili vpliv HLB vrednosti
surfaktantov (2,31 in 3,29), vpliv količine surfaktantov (15 vol. %, 20 vol. % in 25 vol. %),
vpliv temperature vodne faze (30 °C in 40 °C), vpliv temperature emulzije (40 °C) in vpliv
razmerja funkcionalnih skupin monomerov DVA in TT(1:1, 2:1, 4:1, 2:1) na morfologijo
polimernih vzorcev.
4.1 Študija morfologije polimera
Na morfologijo polimernih materialov lahko vplivamo s številnimi parametri, kot so vrsta in
koncentracija surfaktanta, temperatura vodne faze, temperatura emulzije, hitrost mešanja
emulzije, vrsta in koncentracija iniciatorja, … Del teh parametrov smo testirali s pripravo
poroznega poli(DVA-ko-TT) materiala, katerega morfologijo smo preverjali z uporabo
vrstičnega elektronskega mikroskopa. Iz SEM slik smo s pomočjo programa izmerili premer
primarnih por in pridobili podatke o povprečni velikosti in porazdelitvi velikosti primarnih
por.
![Page 37: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/37.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
21
4.1.1 Vpliv količine surfaktantov pri HLB vrednosti 3,29
Vrsta in količina surfaktantov lahko vpliva na morfologijo polimernih materialov. Proučili
smo kako količina surfaktantov SPAN65 in PEL121 v razmerju 15 : 85 in s HLB vrednostjo
3,29 vpliva na morfologijo poli(DVA-ko-TT)) materiala. Količino surfaktantov smo variirali
med 15 vol. %in 25 vol.%. Ostale reakcijske parametre, kot so temperatura zunanje in notranje
faze, hitrost mešanja in količina iniciatorja, smo vzdrževali konstantne. Podatki o vzorcih so
zbrani v tabeli 4-1. Za vzorce smo posneli SEM slike, ki jih vidimo na sliki 4-2, sliki 4-3 in
sliki 4-4.
Tabela 4-1: Podatki o pripravljenih vzorcih pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29
Vzorec HLB vrednost φsurf. [%] Tvf [°C] Te [°C]
MG7 3,29 15 s.t. s.t.
MG8 3,29 20 s.t. s.t.
MG12 3,29 25 s.t. s.t.
Slika 4-2: SEM slika vzorca MG7
![Page 38: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/38.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
22
Slika 4-3: SEM slika vzorca MG8
Slika 4-4: SEM slika vzorca MG12
![Page 39: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/39.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
23
Iz SEM slik ugotovimo, da s spreminjanjem količine surfaktantov vplivamo na nastanek
poliHIPE morfologije. Zanjo so značilne primarne pore, ki nastanejo na mestih kapljic
notranje faze, in sekundarne oz. povezovalne pore. Tako pri vzorcu MG7 s 15 vol. %
surfaktantov kot pri vzorcu MG8 z 20 vol. % lahko vidimo tipično poliHIPE morfologijo. Pri
vzorcu MG8 se je deloma izoblikovala tudi črvičasta struktura. Pri vzorcu MG12 s 25 vol. %
surfaktantov vidimo, da nima tipične poliHIPE morfologije, temveč ima bikontinuirno
strukturo.
Pri surfaktantih s HLB vrednostjo 3,29 smo ugotovili, da s povečavanjem količine
surfaktantov iz 15 vol. % na 25 vol. % tipična poliHIPE morfologija struktura prehaja v
bikontinuirno.
Vzorcema MG7 in MG8 smo pomerili velikost primarnih por in izdelali graf porazdelitve
velikosti primarnih por. Za vzorec MG12 porazdelitve velikosti por nismo naredili, saj vzorec
nima izoblikovane poliHIPE morfologije. Porazdelitev velikosti primarnih por za vzorec MG7
vidimo na grafu 4-1 za vzorec MG8 pa na grafu 4-2. Prav tako smo izračunali povprečno
velikost primarnih por za vzorca MG7 in MG8, podatki so zbrani v tabeli 4-2.
Graf 4-1: Porazdelitev primarnih por za vzorec MG7
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
24-34 34-68 68-102 102-136 136-170
Štev
ilo p
or
Premer por [µm]
MG7
![Page 40: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/40.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
24
Graf 4-2: Porazdelitev primarnih por za vzorec MG8
Tabela 4-2: Podatki o povprečni velikosti primarnih por za vzorce MG7, MG8 in MG12
Vzorec φsurf. [%] dpor [µm]
MG7 15 65
MG8 20 42
MG12 25 /
Iz porazdelitve velikosti primarnih por in izračunane povprečne velikosti por ugotovimo, da
so pri vzorcu MG7 nastale večje primarne pore kot pri vzorcu MG8. Iz tega lahko sklepamo,
da količina surfaktantov vpliva tudi na velikost primarnih por v polimernem nosilcu, in sicer
s povečevanjem količine surfaktantov se primarne pore v poliHIPE vzorcu pri HLB vrednosti
3,29 manjšajo.
4.1.2 Vpliv količine surfaktantov pri HLB vrednosti 2,31
Nato smo izbrali obratno razmerje med surfaktanti, in sicer smo izbrali razmerje SPAN65:
PEL121= 85 : 15 in s pomočjo enačbe 1.1 izračunali HLB vrednost 2,31. Tudi pri tem razmerju
surfaktantov smo pripravili HIP emulzije z različnimi količinami surfaktantov (15 vol. %,
20 vol. % in 25 vol. %), medem ko smo ostale reakcijske parametre vzdrževali konstantne.
Podatki o vzorcih so zbrani v tabeli 4-3. Za posamezne vzorce smo posneli SEM slike, ki jih
vidimo na sliki 4-5, sliki 4-6 in sliki 4-7.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
12-23 23-46 46-69 69-92 92-115
Štev
ilo p
or
Premer por [µm]
MG8
![Page 41: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/41.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
25
Tabela 4-3: Podatki o pripravljenih vzorcih pri HLB vrednosti surfaktantov 2,31
Vzorec HLB
vrednost
φsurf. [%] Tvf [°C] Te [°C]
MG4 2,31 15 s.t. s.t.
MG5 2,31 20 s.t. s.t.
MG3 2,31 25 s.t. s.t.
Slika 4-5: SEM slika vzorca MG4
![Page 42: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/42.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
26
Slika 4-6: SEM slika vzorca MG5
Slika 4-7: SEM slika vzorca MG3
![Page 43: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/43.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
27
Iz SEM posnetkov je razvidno, da se pri uporabi surfaktantov s HLB vrednostjo 2,31
morfologija materiala spreminja s spreminjanjem količine uporabljenih surfaktantov. Pri
vzorcu MG4 (15 vol. % surfaktantov) ne pridobimo poliHIPE morfologije, opazimo le
črvičasto strukturo. Vzorec ima torej bikontinuirno strukturo. Pri vzorcu MG5 (20 vol. %
surfaktantov) opazimo poliHIPE strukturo, vidne so primarne in sekundarne oz. povezovalne
pore. Še vedno je prisotna črvičasta struktura, ki tokrat oblikuje poliHIPE morfologijo. Pri
vzorcu MG3 (25 vol. % surfaktantov) prav tako pridobimo tipično poliHIPE strukturo z
izoblikovanimi primarnimi in sekundarnimi oz. povezovalnimi porami.
Rezultati kažejo na to, da pri surfaktantih s HLB vrednostjo 3,29 dobimo poliHIPE
morfologijo ob uporabi nižje količine surfaktantov, medtem ko pri surfaktantih s HLB
vrednostjo 2,31 dobimo poliHIPE morfologijo z višjo količino uporabljenih surfaktantov.
Za vzorca MG5 in MG3 smo naredili tudi grafično porazdelitev velikosti primarnih por in
izmerili povprečno velikost le teh. Za vzorec MG5 porazdelitev velikosti primarnih por vidimo
na grafu 4-3 in za vzorec MG3 na grafu 4-4. Porazdelitve velikosti primarnih por za vzorec
MG4 nismo naredili, saj vzorec nima izoblikovane poliHIPE morfologije. Povprečne velikosti
primarnih por za posamezne vzorce so zbrane v tabeli 4-4.
Graf 4-3: Porazdelitev primarnih por za vzorec MG3
0
5
10
15
20
25
30
15-26 26-52 52-78 78-104 104-130
Štev
ilo p
or
Premer por [µm]
MG3
![Page 44: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/44.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
28
Graf 4-4: Porazdelitev primarnih por za vzorec MG5
Tabela 4-4: Podatki o povprečni velikosti primarnih por za vzorce MG3, MG4 in MG5.
Vzorec φsurf. [%] dpor [µm]
MG4 15 /
MG5 20 31
MG3 25 55
Iz porazdelitve velikosti primarnih por in izračunane povprečne velikosti por ugotovimo, da
so pri vzorcu MG3 nastale večje primarne pore kot pri vzorcu MG5. Iz tega lahko sklepamo,
da količina surfaktantov s HLB vrednostjo 2,31 vpliva na velikost primarnih por v polimernem
nosilcu, in sicer s povečevanjem količine surfaktantov nastanejo večje primarne pore v
poliHIPE materialih. Kar je spet ravno obratno kot pri surfaktantih s HLB vrednostjo 3,29.
4.1.3 Vpliv HLB vrednosti pri posamezni količini surfaktantov na morfologijo polimera
Kot smo že ugotovili s spreminjanjem volumskega deleža surfaktantov pri posamezni HLB
vrednosti, vplivamo na morfologijo polimernega nosilca. Ugotovili smo, da lahko imajo vzorci
tipično poliHIPE ali bikontinuirno morfologijo ter, da so pore različnih velikosti. Ker na
morfologijo polimernih materialov vpliva tudi vrsta surfaktantov, ki se med seboj razlikujejo
po HLB vrednostih, smo pročili kako pri konstantnih reakcijskih pogojih, kot so razmerje
monomerov, količina surfaktantov, količina iniciatorja, hitrost mešanja in temperatura vodne
ter organske faze, vplivajo surfaktanti z različnimi HLB vrednostmi na morfologijo poli(DVA-
ko-TT). Med seboj smo primerjali morfologijo polimerov, ki smo jih pripravili z uporabo
surfaktantov s HLB vrednostmi 2,31 in 3,29 in z različnimi količinami le teh.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
7-15 15-30 30-45 45-60 60-75
Štev
ilo p
or
Premer por [µm]
MG5
![Page 45: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/45.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
29
V tabeli 4-5 so zbrani podatki o vseh vzorcih, ki jih želimo primerjati pri posameznem
volumskem deležu surfaktantov.
Tabela 4-5: Podatki o vzorcih pri preučevanju vpliva HLB vrednosti surfaktantov
Vzorec HLB vrednost φsurf. [%] Morfologija vzorca [/]
MG7 3,29 15 poliHIPE
MG4 2,31 15 bikontinuirna
MG8 3,29 20 poliHIPE
MG5 2,31 20 poliHIPE
MG12 3,29 25 bikontinuirna
MG3 2,31 25 poliHIPE
Ugotovimo, da HLB vrednost vpliva na izoblikovanje poliHIPE morfologije.
Pri dodatku 15 vol. % surfaktantov se poliHIPE morfologija oblikuje s surfaktanti z večjo
HLB vrednostjo(3,29). Pri surfaktantu z nižjo HLB vrednostjo (2,31) je morfologija
bikontinuirna.
Pri dodatku 20 vol. % surfaktantov ne pridobimo razlike v morfologiji materiala. V obeh
primerih smo dobili tipično poliHIPE morfologijo.
Pri dodatku 25 vol. % surfaktantov pa ugotovimo, da se poliHIPE struktura izoblikuje pri
surfaktantu z nižjo vrednostjo HLB (2,31). Pri HLB vrednosti 3,29 ima material bikontinuirno
strukturo.
4.1.4 Vpliv temperature vodne faze pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29
V literaturi smo zasledili, da lahko temperatura vodne faze vpliva na velikost por v
polimernem materialu. Preučili smo vpliv segrete vodne faze (40 °C) na morfologijo
sintetiziranega materiala.
Pri pripravi emulzije smo ob konstantnem mešanju organske faze po kapljicah dodali segreto
vodno fazo na 40 °C. Segreto vodno fazo smo dodali samo pri dveh vzorcih, kajti pri vzorcu
z vsebnostjo 25 vol. % surfaktantov že pri sobni temperaturi nismo opazili izrazite poliHIPE
strukture in zato s segreto vodno fazo nismo izvedli eksperimenta. Podatki o vzorcih so zbrani
v tabeli 4-6. SEM slike za vzorec MG13 vidimo na sliki 4-8 in za vzorec MG14 na sliki 4-9.
Tabela 4-6: Podatki o vzorcih po dodatku segrete vodne faze pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29
Vzorec HLB vrednost φsurf. [%] Tvf [°C] Te [°C]
MG13 3,29 15 40 s.t.
MG14 3,29 20 40 s.t.
![Page 46: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/46.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
30
Slika 4-8: SEM slika vzorca MG13
Slika 4-9: SEM slika vzorca MG14
![Page 47: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/47.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
31
Iz SEM slik vzorcev MG13 in MG14 ugotovimo, da dobimo z dodajanjem segrete vodne faze
na 40 °C pri pripravi emulzije material, ki ima le bikontinuirno oz. črvičasto strukturo.
Dodatek segrete vodne faze na 40 °C pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29 torej ne izboljša
morfologije poliHIPE materiala.
4.1.5 Vpliv temperature vodne faze pri HLB vrednosti surfaktantov 2,31
Pripravili smo emulzijo s HLB vrednostjo surfaktantov 2,31 in pri pripravi le te smo k organski
fazi dodali segreto vodno fazo na 40 °C. Podatke o pripravljenih polimernih vzorcih vidimo v
tabeli 4-7. Za vzorce MG9, MG10 in MG11 smo posneli SEM slike, ki jih vidimo na sliki 4-
10, 4-11 in 4-12.
Tabela 4-7: Podatki o vzorcih po dodatku segrete vodne faze pri HLB vrednosti surfaktantov 2,31
Vzorec HLB vrednost φsurf. [%] Tvf [°C] Te [°C]
MG9 2,31 15 40 s.t.
MG10 2,31 20 40 s.t.
MG11 2,31 25 40 s.t.
Slika 4-10: SEM slika vzorca MG9
![Page 48: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/48.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
32
Slika 4-11: SEM slika vzorca MG10
Slika 4-12: SEM slika vzorca MG11
![Page 49: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/49.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
33
Dodajanje segrete vodne faze k organski fazi HIP emulzije, stabilizirane s surfaktanti katerih
HLB vrednost je bila 2,31, je vodilo k izboljšanju morfologije poli(DVA-ko-TT) materialov.
Iz SEM slik vzorcev ugotovimo, da dobimo materiale s tipično poliHIPE morfologijo neglede
na to ali uporabimo 15 vol. %, 20 vol. % ali 25 vol. % surfaktantov. Namreč z dodatkom
segrete vodne faze pri vzorcu MG9, ki vsebuje 15 vol. % surfaktantov, dobimo poliHIPE
morfologijo, ki je pri vzorcu MG4 (15 vol. % surfaktantov), kjer smo dodali vodno fazo sobne
temperature nismo dobili. Prav tako se je poliHIPE morfologija izboljšala pri vzorcu MG10
(20 vol. % surfaktantov) ob dodatku segrete vodne faze, saj smo dobili večje primarne pore
kot pri vzorcu MG5(20 vol. % surfaktantov), kjer smo dodali vodno fazo sobne temperature.
Pri vzorcu MG11, pa smo z dodatkom segrete vodne faze dobili porozen material z večjimi
primarnimi porami, ki so med seboj povezane z manjšim številom izjemno majhnih
sekundarnih por.
Za vzorce MG9, MG10 in MG11 smo izmerili tudi povprečno velikost primarnih por, podatki
so zbrani v tabeli 4-8. Naredili pa so tudi grafično ponazoritev porazdelitve velikosti primarnih
por za vzorce MG9, MG10 in MG11, kar vidimo na grafih 4-5, 4-6 in 4-7.
Graf 4-5: Porazdelitev primarnih por za vzorec MG9
0
5
10
15
20
25
30
20-50 50-100 100-150 150-200 200-250
Štev
ilo p
or
Premer por [µm]
MG9
![Page 50: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/50.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
34
Graf 4-6: Porazdelitev primarnih por za vzorec MG10
Graf 4-7: Porazdelitev primarnih por za vzorec MG11
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
20-31 31-62 62-93 93-124 124-155
Štev
ilo p
or
Premer por [µm]
MG10
0
2
4
6
8
10
12
30-85 85-170 170-255 255-340 340-430
Štev
ilo p
or
Premer por [µm]
MG11
![Page 51: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/51.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
35
Tabela 4-8: Podatki o povprečni velikosti primarnim por za vzorce MG9, MG10 in MG11
Vzorec φsurf. [%] dpor [µm]
MG9 15 69
MG10 20 54
MG11 25 176
Segreta vodna faza je izboljšala morfologijo poliHIPE materialov, ko smo uporabili
surfaktante s HLB vrednostjo 2,31. Če primerjamo povprečne velikosti por materialov
pripravljenih z vodno fazo pri sobni temperaturi in materialov pripravljenih s segreto vodno
fazo vidimo, da je segreta vodna faza povzročila nastanek večjih por v materialu. In sicer pri
dodatku 15 vol. % surfaktantov se je poliHIPE struktura izoblikovala in pridobili smo
primarne pore v rangu velikosti 69,42 µm. Pri vodni fazi sobne temperature je bila morfologija
bikontinuirna. Pri dodatku 20 vol. % surfaktantov smo z dodatkom segrete vodne faze
pridobili večje primarne pore kot pri vzorcu MG5 (vodna faza pri sobni temperaturi), in sicer
so se primarne pore povečale iz velikosti 31,04 µm na 54,29 µm. Pri polimernih vzorcih, ki
vsebujejo 25 vol. % surfaktantov pa smo z dodatkom segrete vodne faze prav tako povečali
primarne pore, prišlo je do nastanka zaprte poliHIPE strukture, nastale so velike pore premera
176,30 µm.
4.1.6 Vpliv temperature emulzije pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29
S segrevanjem vodne faze smo poli(DVA-ko-TT) monolitom izboljšali morfologijo. Dobili
smo željeno poliHIPE morfologijo z večjimi primarnimi porami in manjšimi povezovalnimi
porami. Nadalje, vplivali smo tudi na velikost por. Odločili smo se preveriti kako vpliva na
morfologijo in velikost por poli(DVA-ko-TT) monolitov segrevanje organske faze. Emulzije,
ki smo jih stabilizirali s surfaktanti s HLB vrednostjo 3,29 smo pripravili tako, da smo segreli
tako organsko kot vodno fazo na 30 °C oz. na 40°C. Emulzijo smo ves čas priprave segrevali
v termostatu. Podatki so zbrani v tabeli 4-9, SEM slike pripravljenih vzorcev pa vidimo na
sliki 4-13, sliki 4-14, sliki 4-15 in sliki 4-16.
Tabela 4-9: Podatki o vzorcih pri segrevanju emulzije pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29
Vzorec HLB vrednost φsurf. [%] Tvf [°C] Te [°C]
MG18 3,29 15 40 40
MG19 3,29 20 40 40
MG20 3,29 15 30 30
MG21 3,29 20 30 30
![Page 52: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/52.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
36
Slika 4-13: SEM slika vzorca MG18
Slika 4-14:SEM slika vzorca MG19
![Page 53: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/53.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
37
Slika 4-15: SEM slika vzorca MG20
Slika 4-16: SEM slika vzorca MG21
![Page 54: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/54.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
38
Pri vzorcih MG18 in MG19 ugotovimo, da s segrevanjem emulzije vplivamo na morfologijo
polimerov. Če strukturo primerjamo z vzorcema pri sobni temperaturi (MG7 in MG8)
ugotovimo, da povišana temperatura emulzije ruši poliHIPE morfologijo pri uporabi
surfaktantov s HLB vrednostjo 3,29. Opazimo, da se pri vzorcih MG18 in MG19 pojavi
črvičasta oz. bikontinuirna struktura.
Z znižanjem temperature na 30°C smo hoteli doseči, da bi se izoblikovala tipična poliHIPE
morfologija, kajti pri sobni temperaturi smo pri enaki HLB vrednosti surfaktantov dobili
poliHIPE morfologijo. Torej, kljub znižanju temperature emulzije na 30 °C, se pri vzorcih
MG20 in MG21 ni izoblikovala tipična poliHIPE morfologija. Pri obeh vzorcih opazimo le
črvičasto strukturo, ki nima izoblikovanih primarnih in sekundarnih por. Ponovno smo dobili
bikontinuirno strukturo polimernega materiala.
4.1.7 Vpliv temperature emulzije pri HLB vrednosti surfaktantov 2,31
Pri segrevanju emulzije na 40 °C s HLB vrednostjo surfaktantov 2,31, je ob dodatku vodne
faze emulzija razpadla. Podatki o vzorcih so zbrani v tabeli 4-10.
Tabela 4-10: Podatki o vzorcih pri segrevanju emulzije pri HLB vrednosti surfaktantov 2,31
Vzorec HLB
vrednost
φsurf. [%] Tvf [°C] Te [°C] Stabilnost
emulzije
MG15 2,31 15 40 40 nestabilna
MG16 2,31 20 40 40 nestabilna
MG17 2,31 25 40 40 nestabilna
Torej smo ugotovili, da razmerje surfaktantov SPAN65 in PEL121 s HLB vrednostjo 2,31 pri
temperaturi 40 °C ni učinkovito za stabilizacijo emulzije. Emulzija po dodatku vodne faze
namreč razpade, kar pomeni, da dano razmerje surfaktantov emulzije več ne stabilizira.
4.1.8 Vpliv razmerja monomerov na strukturo polimernih nosilcev
Na morfologijo polimerov lahko vplivamo tudi s spreminjanjem razmerja med funkcionalnimi
skupinami monomerov. Namreč, s spreminjanjem razmerja monomerov tiol-en reakcija
poteče po različnih mehanizmih in tako dobimo material z različno morfološko strukturo. Prav
tako se s spreminjanjem razmerij monomerov spreminja polarnost oljne-zunanje faze v
emulziji, kar vpliva na kinetično stabilnost emulzije.
Pripravili smo polimerne vzorce z različnimi razmerji funkcionalnih skupin tetratiola in
divniladipata (1 : 1, 1 : 2, 1 : 4, 2 : 1). Podatki o vzorcih so zbrani v tabeli 4-11.
Za pripravljene polimerne vzorce smo posneli tudi SEM slike, in sicer vzorec MG7 vidimo na
sliki 4-17, vzorec MG25 na sliki 4-18 in vzorec MG26 na sliki 4-19. Vzorca MG27 nismo
posneli, kajti emulzija je med pripravo razpadla. Predvidevamo, da je bilo v emulziji preveč
tiolnih skupin, ki so zavirale polimerizacijo.
![Page 55: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/55.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
39
Tabela 4-11: Podatki o vzorcih z različnimi razmerji funkcionalnih skupin DVA in TT
Vzorec HLB
vrednost
Razmerje f.s.
DVA:TT
φsurf. [%] Stabilnost
emulzije
Te [°C]
MG7 3,29 1 : 1 15 stabilna s.t.
MG25 3,29 2 : 1 15 stabilna s.t.
MG26 3,29 4 : 1 15 stabilna s.t.
MG27 3,29 1 : 2 15 nestabilna s.t.
Slika 4-17: SEM slika vzorca MG7
![Page 56: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/56.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
40
Slika 4-18: SEM slika vzorca MG25
Slika 4-19: SEM slika vzorca MG26
![Page 57: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/57.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
41
Pri vzorcih MG7, MG25 in MG26, kjer smo povečali razmerje DVA napram TT iz 1 : 1 na
2 : 1 oz. na 4 : 1, smo dobili stabilno emulzijo in posledično tudi polimerni nosilec. Iz SEM
slik je razvidno, da smo pri vseh treh razmerjih dobili material s tipično poliHIPE morfologijo.
Pri vzorcu MG27, smo povečali vsebnost TT v emulziji. Razmerje DVA napram TT je bilo
1 : 2. Nastala emulzija je bila sicer stabilna vendar je med polimerizacijo razpadla.
Materialom s tipično poliHIPE morfologijo, smo izmeri velikost primarnih por in narisali graf
porazdelitve velikosti por primarnim por izmerili povprečno velikost le teh. Porazdelitev
velikosti por za vzorec MG7 vidimo na grafu 4-1, za vzorec MG25 na grafu 4-8 in za vzorec
MG26 na grafu 4-9 . Podatki o povprečni velikosti por so zbrani v tabeli 4-12.
Graf 4-8: Porazdelitev primarnih por za vzorec MG25
0
5
10
15
20
25
30
4-5 5-10 10-15 15-20 20-25
Štev
ilo p
or
Premer por [µm]
MG25
![Page 58: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/58.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
42
Graf 4-9: Porazdelitev primarnih por za vzorec MG26
Tabela 4-12: Podatki o povprečni velikosti primarnih por za vzorce MG7, MG25 in MG26
Vzorec φsurf. [%] Razmerje f.s. DVA in TT dpor [µm]
MG7 15 1 : 1 65
MG25 15 2 : 1 11
MG26 15 4 : 1 8
Ugotovimo, da se s povečevanjem deleža monomera DVA v emulziji, spreminja povprečna
velikost primarnih por. In sicer pri vzorcu MG7 (DVA : TT = 1: 1) imamo največje primarne
pore velikosti 64,80 µm, pri vzorcu MG25 (DVA : TT = 2: 1) imamo primarne pore velikost
10,52 µm in pri vzorcu MG26, kjer smo dodali največ DVA (DVA : TT = 4:1),), so primarne
pore najmanjše, velikosti 8,16 µm.
0
5
10
15
20
25
1,5-3,5 3,5-7,0 7-10,5 10,5-14 14-17,7
Štev
ilo p
or
Premer por [µm]
MG26
![Page 59: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/59.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
43
4.2 FTIR spektroskopija
Poli(DVA-ko-TT) nosilce smo pripravljali zmeraj z istimi monomeri. Pri sintezi smo
spreminjali le delež surfaktantov z različno HLB vrednostjo, razmerje monomerov in
temperaturo vodne faze ter emulzije. Na osnovi omenjenega sklepamo, da je kemijska sestava
vseh vzorcev enaka. V polimerno mrežo bi naj bila vključena monomera DVA in TT, kar smo
preverili s FTIR spektroskopijo. Posneli smo FITR spekter vzorca MG3. FTIR spekter
izbranega polimernega vzorca vidimo na sliki 4-21.
Slika 4-20: FTIR spekter poli(DVA-ko TT) vzorca
Na FTIR spektru vidimo signala za prisotno estrsko vez pri 1725,40 cm-1 (C=O) in
1135,16 cm-1(C-O) in odsotnost signalov za vinilno skupino (C=C), ki je prisotna v DVA
(1648 in 857 cm-1). S tem smo potrdili vključenost DVA v polimerno mrežo. Na spektru ne
vidimo signala za tiolno skupino, ki je prisotna v monomeru TT (2580 cm-1), kar lahko
pomeni, da je polimerizacija med DVA in TT uspešno potekla in da smo dobili material z
obema monomeroma v strukturi. Vendar pa prisotnosti TT v polimerni mreži s tem nismo
potrdili.
Za dokaz tega smo uporabili elementno analizo vzorcev.
400600800100012001400160018002000240028003200
1/cm
-30
-15
0
15
30
45
60
75
90
%T
29
19
,39
17
25
,40
11
35
,16
DVA-TT
![Page 60: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/60.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
44
4.3 Elementna analiza
S pomočjo elementne analize pridobimo podatke o masnih deležih elementov v vzorcu. Za nas
je pomembna predvsem vsebnost žvepla v vzorcu, saj lahko s pomočjo vsebnosti žvepla,
ocenimo uspešnost polimerizacije med DVA in TT.
Elementno analizo pripravljenih vzorcev smo naredili s pomočjo elementnega analizatorja
Perkin-Elmer CHNS/O 2400. Preračunali smo tudi teoretične vrednosti in ocenili odstopanje
od praktičnih vrednosti. Vsi podatki so zbrani v tabeli 4-13.
Tabela 4-13:Podatki o elementni analizi vzorcev
Eksperimentalno izmerjeno Teoretično
Vzorec wCeks.
[%]
wHeks.
[%]
wNeks.
[%]
wSeks.
[%]
wCteo.
[%]
wHteo.
[%]
wNteo.
[%]
wSteo.
[%]
η [%]
MG3 50,64 6,44 -0,16 9,40 50,28 6,34 0,00 14,34 94,71
MG4 50,18 6,92 -0,16 9,18 50,20 6,33 0,00 14,45 99,68
MG5 47,55 5,95 -0,16 8,12 50,29 6,34 0,00 14,32 98,95
MG7 47,98 7,74 0,14 12,79 50,11 6,32 0,00 14,58 95,68
MG8 50,30 8,48 0,13 12,56 50,34 6,34 0,00 14,26 93,65
MG9 47,29 8,24 0,15 10,94 50,29 6,34 0,00 14,33 93,21
MG10 48,95 8,93 0,15 11,74 50,13 6,33 0,00 14,56 91,88
MG11 51,09 6,64 -0,16 8,53 50,08 6,32 0,00 14,62 95,80
MG12 53,54 7,39 0,13 11,71 50,25 6,33 0,00 14,39 98,08
MG13 45,66 8,35 0,07 11,86 50,38 6,34 0,00 14,20 92,52
MG14 47,94 7,69 0,09 12,05 50,26 6,33 0,00 14,38 94,59
MG18 48,32 5,67 -0,09 7,76 50,30 6,34 0,00 14,32 98,30
MG19 48,52 5,58 -0,17 7,56 50,20 6,33 0,00 14,46 98,21
MG20 48,20 5,68 -0,14 7,22 50,28 6,34 0,00 14,35 98,48
MG21 48,91 5,53 -0,19 6,74 50,19 6,33 0,00 14,46 98,85
MG25 56,70 7,56 0,01 10,05 53,40 6,56 0,00 10,01 87,70
MG26 59,85 7,71 0,06 6,48 56,16 6,75 0,00 6,18 79,79
Ugotovimo, da so vrednosti določene s pomočjo elementne analize zelo blizu teoretičnim
vrednostim za posamezen element. Manjša odstopanja eksperimentalnih vrednosti od
teoretičnih vrednosti se lahko pojavijo zaradi napake v analizi. Izkoristek polimerizacije med
TT in DVA je pri razmerju monomerov 1 : 1 vedno nad 90 %, kar je dokaz, da je stopenjska
polimerizacija med vinilno in tiolno skupino potekla učinkovito v razmerju ena tiolna skupina
proti eni vinilni skupini. Pri vzorcih MG25 in MG26, kjer razmerje funkcionalnih skupin ni
bilo 1:1 je izkoristek reakcije temu primerno manjši.
![Page 61: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/61.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
45
4.4 Mehanske lastnosti
Torej s spreminjanjem različnih parametrov pri pripravi emulzije, lahko vplivamo na
mehanske lastnosti materiala. V literaturi smo zasledili, da na mehanske lastnosti vplivajo
različni parametri, med njimi tudi razmerje monomerov in procent vodne faze.[44]
Nas pa je zanimalo predvsem ali na mehanske lastnosti vplivata HLB vrednost surfaktantov
in temperatura emulzije. Izbrali so si tri vzorce, in sicer MG5, MG7 in MG19 ter izvedli
nateznostni preizkus. Kot rezultat dobimo krivuljo natezna napetost v odvisnosti od raztezka.
(Slika 4-20).
Slika 4-21: Krivulja natezne napetosti vs. raztezek za izbrane poliHIPE vzorce
Iz grafa krivulje pridobimo vrednosti za mehanske lastnosti. Podatki so zbrani v tabeli 4-14.
Tabela 4-14: Podatki o mehanskih lastnostih vzorcev
Vzorec HLB
vrednost
Te [°C] Natezna trdnost
[kPa]
Raztezek ob
zlomu [%]
Youngov
modul [kPa]
MG5 2,31 s.t. 106±19 42,1±7,6 174±20
MG7 3,29 s.t. 169±24 54,3±7 222±21
MG19 3,29 40 191±32 57,5±7,4 237±10
Torej ob primerjavi vzorcev MG5 in MG7, kjer smo preučili vpliv HLB vrednosti surfaktantov
na mehanske lastnosti, ugotovimo, da so vrednosti za natezno trdnost in pripadajoči raztezek
ter Youngov modul ob zlomu višje pri vzorcu MG7. HLB vrednost vpliva na mehanske
lastnosti, in sicer pri višji HLB vrednosti dosežemo višje vrednosti Youngovega modula,
natezne trdnosti in raztezka.
Pri primerjavi vzorca MG7 in MG19 pa ugotovimo, da s spreminjanjem temperature emulzije
prav tako vplivamo na vrednosti natezne trdnosti, pripadajočega raztezka ob zlomu in
Youngovega modula. Torej sprememba temperature emulzije prav tako vpliva na mehanske
lastnosti, vendar je vpliv temperature emulzije manjši kot vpliv HLB vrednosti surfaktantov.
![Page 62: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/62.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
46
4.5 Biorazgradljivost vzorcev
Biorazgradljivi materiali so uporabni na številnih področjih, najbolj aktualna je uporaba v
medicini, ki se je začela že v 20. stoletju na področju proteinov in polisaharidov. V zadnjem
času pa je zelo narasla uporaba biorazgradljivih materialov tudi v tkivnem inženirstvu, kjer jih
uporabljajo predvsem za rast in razvoj tkiv.[2]
Razgradnja materiala je definirana kos fizična ali kemična sprememba na materialu, ki jo
lahko povzročijo različni faktorji kot so svetloba, toplota, kemijski pogoji ali biološka
aktivnost. Med razgradnjo polimernega materiala uvrščamo tudi spremembe polimernih
lastnosti zaradi prekinitve vezi v materialu. Med najbolj aktualne in zanimive vezi uvrščamo
estrsko vez, ki enostavno razpade s hidrolizo.[46]
Biorazgradljivost številnih polimernih vzorcev na osnovi tiolov in alkenov s prisotno estrsko
vezjo so izvajali že v PBS pufru in različnih koncentracijah raztopine NaOH. Lumelsky je v
3 M NaOHaq uspešno razgradil poliHIPE material na osnovi t-butil akrilata zamreženega z
poli(ε-kaprolaktonom).[47]Caldwell in raziskovalci so poskusili z razgradnjo tiol-en poliHIPE
polimernih vzorcev na osnovi tritiola in trimetilopropana triakrilata v 0,1 M raztopini NaOHaq,
kjer so dosegli 80 %-90 % razgradljivost po 7 dneh.[43] Sušec je biorazgradjo poliHIPE
vzorcev na osnovi TT in DVA dosegla 3 M, 2 M, 1 M NaOHaq v enem tednu. V
koncentracijah 0,5 M,0,1 M in 0,01 M NaOHaq pa je popolno razgradnjo materiala dosegla v
4 tednih. Biorazgradljivost vzorcev v visokih koncentracijah je pričakovana, medtem ko so v
nižjih koncentracijah dosegli razgradljivost s podaljšanjem časa razgradnje.[2]
V sklopu magistrske naloge smo se odločili, da bomo preverili biorazgradljivost pripravljenih
polimernih vzorcev s prisotno estrsko vezjo v zelo nizkih koncentracijah NaOHaq. Izbrali smo
koncentracije 10-3 M, 10-4 M in 10-5 M NaoHaq in spremljali biorazgradljivost vzorcev 4 tedne.
4.5.1 Biorazgradljivost v 10-3 M, 10-4 M in 10-5 M NaOHaq
Izbrali smo dva pripravljena polimerna vzorca MG7 in MG8 in preverili biorazgradljivost v
10-3 M, 10-4 M in 10-5 M vodni raztopini NaoH. Odstotek biorazgradljivosti po 4 tednih smo
izračunali s pomočjo spremljanja masne bilance po enačbi 3.1. Podatki o biorazgradnji
vzorcev MG7 in MG8 v NaOHaq so zbrani v tabeli 4-15. Trendi bioragradnje v posamezni
raztopini NaOHaq pa so prikazani na grafih 4-10, 4-11 in 4-12.
Tabela 4-15: Podatki o biorazgradnji vzorcev MG7 in MG8 v 10-3 M, 10-4 M in 10-5 M NaOHaq
Vzorec c [mol/L] mz [mg] m1 [mg] m2 [mg] m3 [mg] m4 [mg] % bio4 [%]
MG7 10-3 232,46 226,45 220,89 215,45 209,03 10,08
MG8 10-3 215,78 210,45 204,89 199,45 193,75 10,21
MG7 10-4 225,45 221,74 218,45 215,24 211,89 6,01
MG8 10-4 245,56 241,25 237,87 234,54 231,32 6,31
MG7 10-5 256,37 253,67 252,45 251,21 248,12 3,22
MG8 10-5 214,87 212,71 211,23 209,97 208,21 3,10
![Page 63: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/63.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
47
Graf 4-10: Biorazgradljivost vzorcev MG7 in MG8 v raztopini 10-3 M NaOHaq
Graf 4-11: Biorazgradljivost vzorcev MG7 in MG8 v raztopini 10-4 M NaOHaq
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
0 1 2 3 4 5
m [
mg]
tedni razgradnje [/]
MG7 in MG8 v 10-3 M NaOHaq
MG7
MG8
205
210
215
220
225
230
235
240
245
250
0 1 2 3 4 5
m [
mg]
tedni razgradnje [/]
MG7 in MG8 v 10-4 M NaOHaq
MG7
MG8
![Page 64: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/64.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
48
Graf 4-12: Biorazgradljivost vzorcev MG7 in MG8 v raztopini 10-5 M NaOHaq
Rezultati biorazgradnje poli(DVA-ko-TT) vzorcev v različnih koncentracijah NaOHaq kažejo
na to, da se najhitreje razgrajujejo materiali v NaOHaq z višjo koncentracijo. Po 4 tednih se je
v 10-3 M raztopini NaOH razgradilo približno 10,15 % vzorca, 10-4 M raztopini 6,16 % vzorca
in v 10-5 M raztopini le 3,16 %. Do enakih spoznanj je prišla pri svojih raziskava biorazgradnje
tudi Sušec.[2]
200
210
220
230
240
250
260
0 1 2 3 4 5
m [
mg]
tedni razgradnje [/]
MG7 in MG8 v 10-5M NaOHaq
MG7
MG8
![Page 65: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/65.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
49
4.6 Specifična površina polimernih vzorcev
S pomočjo adsorpcije/desorpcije dušika po BET metodi, smo sintetiziranim materialom
določili specifično površino. Le ta se spreminja z velikostjo por v strukturi. Večje pore
rezultirajo v nižji specifični površini in obratno, manjše pore dajejo večjo specifično površino.
Podatki o izmerjenih specifičnih površinah so zbrani v tabeli 4-18.
Tabela 4-16: Vrednosti specifičnih površin pripravljenih polimernih vzorcev
Vrednosti specifičnih površin polimernih vzorcev nam povedo, da s spreminjanjem
parametrov kot so količina surfaktantov, HLB vrednost surfaktantov, temperatura vodne faze,
temperatura emulzije in razmerje monomerov pri pripravi poliHIPE nosilca, ne vplivamo na
specifično površino.
Primerjali smo izmerjene specifične površine vzorcev, kjer smo dosegli poliHIPE morfologijo
z vzorci, kjer smo pridobili bikontinuirno morfologijo. Ugotovili smo, da se specifična
površina ne glede na morfologijo vzorca nahaja v območju od 0,09 m2/g do 3,99 m2/g.
Vzorec BET specifična
površina [m2/g]
dpor [µm] Morfologija [/]
MG3 0,83 55 poliHIPE
MG5 0,52 31 poliHIPE
MG7 1,20 65 poliHIPE
MG8 0,73 42 poliHIPE
MG9 0,57 69 poliHIPE
MG10 1,07 54 poliHIPE
MG11 1,15 176 poliHIPE
MG25 1,49 11 poliHIPE
MG26 3,99 8 poliHIPE
MG4 0,35 / bikontinuirna
MG12 0,09 / bikontinuirna
MG13 1,48 / bikontinuirna
MG14 1,61 / bikontinuirna
MG18 1,05 / bikontinuirna
MG19 1,01 / bikontinuirna
MG20 1,45 / bikontinuirna
MG21 1,27 / bikontinuirna
![Page 66: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/66.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
50
5 Zaključek
Porozni polimerni materiali so zaradi visoke poroznosti, biokompatibilnosti in
biorazgradljivosti primerni za uporabo v tkivnem inženirstvu. Predvsem pa se poliHIPE
materiali odlično odnesejo kot tridimenzionalni nosilci za rast in razvoj bioloških celic in
možno nadaljnjo uporabo v telesu.
V sklopu magistrske naloge smo pripravili tridimenzionalne polimerne nosilce na osnovi DVA
in TT s pomočjo polimerizacije HIP emulzije po principu tiol-en kemije. Pri pripravi
polimernih vzorcev smo želeli pridobiti ustrezno morfološko strukturo, da bi polimerne
nosilce lahko uporabili za nanos bioloških celic. S spreminjanjem sestave HIP emulzije smo
preučili različne vplive na izoblikovanje morfologije polimernega nosilca, in sicer vpliv HLB
vrednosti surfaktantov, vpliv količine surfaktantov, vpliv temperature vodne faze, vpliv
temperature emulzije in vpliv razmerja funkcionalnih skupin monomerov.
Ugotovili smo, da HLB vrednost in količina surfaktantov vplivata na izoblikovanje poliHIPE
morfologije. Pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29 s povečevanjem količine surfaktantov,
poliHIPE morfologija prehaja v bikontinuirno. Prav tako pa se s povečevanjem količine
surfaktantov iz 15 vol. % na 25 vol. % zmanjšujejo primarne pore. Pri HLB vrednosti
surfaktantov 2,31 smo ugotovili, da imamo ravno obratni trend nastanka poliHIPE morfologije
in primarnih por kot pri HLB vrednosti 3,29. Temperatura vodne faze vpliva na poliHIPE
morfologijo, in sicer pri HLB vrednosti surfaktantov 3,29 smo ugotovili, da se poliHIPE
morfologija ob dodatku segrete vodne faze na 40 °C ne izoblikuje. Pri HLB vrednosti
surfaktantov 2,31 pa se je ob dodatku segrete vodne faze na 40 °C poliHIPE morfologija
izboljšala, kar vidimo pri vzorcih MG9, MG10 in MG11, ko jih primerjamo z vzorci MG3,
MG4 in MG5, ki so bili pripravljeni z vodno fazo sobne temperature. Pri preučevanju vpliva
temperature emulzije na poliHIPE morfologijo pri obeh HLB vrednostih surfaktantov, smo
ugotovili, da s segrevanjem emulzije ne pridobimo poliHIPE morfologije. Razmerje
funkcionalnih skupin monomerov vsekakor vpliva na velikost in porazdelitev por, in sicer
največje primarne pore smo pridobili pri vzorcu MG7 (razmerje funkcionalnih skupin DVA :
TT = 1 : 1 ).
Zaradi prisotne estrske vezi v poli(DVA-ko-TT) nosilcu so pripravljeni polimerni nosilci tudi
razgradljivi. Biorazgradnjo vzorcev MG7 in MG8 smo preverili v nizkih koncentracijah
NaoHaq (10-3 M, 10-4 M in 10-5 M). Ugotovili smo, da se polimerni nosilci boljše razgradijo v
višjih koncentracijah NaOHaq.
S pomočjo elementne analize smo preverili tudi elementno sestavo. Pridobili smo masne
deleže elementov, ki se za posamezne polimerne vzorce dobro ujemajo s teoretičnimi
vrednostmi.
Mehanske lastnosti smo s pomočjo nateznega poizkusa izmerili pri vzorcih MG5, MG7 in
MG19. Ugotovili smo, da HLB vrednost surfaktantov in temperatura emulzije vplivata na
mehanske lastnosti polimerov.
Polimerne vzorce smo karakterizirali tudi s FTIR spektroskopijo in potrdili kemijsko sestavo
poli(DVA-ko-TT) polimernega nosilca.
![Page 67: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/67.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
51
Izmerili smo tudi specifične površine vzorcev, in ugotovili, da so specifične površine ne glede
na morfologijo vzorca v območju od 0,09 m2/g do 3,99 m2/g. Prav tako na specifično površino
ne vplivajo spremenjeni parametri pri pripravi emulziji.
S spreminjanjem željenih parametrov smo pridobili polimerne vzorce MG3, MG5, MG7,
MG8, MG9 in MG10, ki imajo tipično poliHIPE morfologijo s porozno strukturo in primerno
velikimi in porazdeljenimi primarnimi porami. Vzorci so biorazgradljivi in biokompatibilni.
Zaradi vseh teh lastnosti imajo vzorci potencial za nadaljnjo uporabo biomedicinskem
inženirstvu.
![Page 68: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/68.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
52
6 Literatura
[1] Martina M., Hutmacher D. W. Biodegradable polymers applied in tissue engineering
research: a review. Polym. Int., 56 (2), 145–157, 2007.
[2] Sušeč M. Polyhipes for biological cells growth via thiol-ene polymerisations, Doktorska
disertacija, Maribor, Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo.
2011.
[3] Kimmins S. D., Cameron N. R. Functional Porous Polymers by Emulsion Templating:
Recent Advances. Adv. Funct. Mater., 21 (2), 211–225, 2011.
[4] Langford C. R., Johnson D. W., Cameron N. R. Chemical functionalization of emulsion-
templated porous polymers by thiol–ene “click” chemistry. Polym Chem, 5 (21), 6200–
6206, 2014.
[5] Lissant K. J. Emulsions and emulsion technology. Pt. 1. New York, 1974.
[6] Cameron N. R. High internal phase emulsion templating as a route to well-defined porous
polymers. Polymer, 46 (5), 1439–1449, 2005.
[7] Silverstein M. S., Cameron N. R., Hillmyer M. A. Porous polymers. John Wiley Sons,
New Jersey, 2011.
[8] ICI Americas Inc. The HLB SYSTEM a time-saving guide to emulsifier selection. ICI
Americas Inc., 1976.
[9] Cameron N. R., Sherrington D. C. Synthesis and Characterization of Poly(aryl ether
sulfone) PolyHIPE Materials. Macromolecules, 30 (19), 5860–5869, 1997.
[10] Sun F., Ruckenstein E. Separation of water-ethanol mixtures by pervaporation through
composite membranes prepared by concentrated emulsion polymerization: Improvement
of the permeation rate with a porogen. J. Membr. Sci., 85 (1), 59–69, 1993.
[11] Butler R., Davies C. M., Cooper A. I. Emulsion Templating Using High Internal Phase
Supercritical Fluid Emulsions. Adv. Mater., 13 (19), 1459–1463, 2001.
[12] Pulko I., Krajnc P. High Internal Phase Emulsion Templating - A Path To Hierarchically
Porous Functional Polymers. Macromol. Rapid Commun., 33 (20), 1731–1746, 2012.
[13] Cameron N. R., Sherrington D. C., Albiston L., Gregory D. P. Study of the formation of
the open-cellular morphology of poly(styrene/divinylbenzene) polyHIPE materials by
cryo-SEM. Colloid Polym. Sci., 274 (6), 592–595, 1996.
[14] Menner A., Bismarck A. New Evidence for the Mechanism of the Pore Formation in
Polymerising High Internal Phase Emulsions or Why polyHIPEs Have an Interconnected
Pore Network Structure. Macromol. Symp., 242 (1), 19–24, 2006.
[15] Carnachan R. J., Bokhari M., Przyborski S. A., Cameron N. R. Tailoring the morphology
of emulsion-templated porous polymers. Soft Matter, 2 (7), 608, 2006.
[16] Williams J. M., Wrobleski D. A. Spatial distribution of the phases in water-in-oil
emulsions. Open and closed microcellular foams from cross-linked polystyrene.
Langmuir, 4 (3), 656–662, 1988.
[17] Hoyle C. E., Bowman C. N. Thiol-Ene Click Chemistry. Angew. Chem. Int. Ed., 49 (9),
1540–1573, 2010.
![Page 69: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/69.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
53
[18] Audouin F., Birot M., Pasquinet É., Deleuze H., Besnard O., Poullain D. Synthesis of
porous materials by 2-nitroresorcinol/cyanuric chloride thermal polycondensation in
emulsions. J. Appl. Polym. Sci., 108 (5), 2808–2813, 2008.
[19] Barbara I., Dourges M.-A., Deleuze H. Preparation of porous polyurethanes by emulsion-
templated step growth polymerization. Polymer, 132 243–251, 2017.
[20] Deleuze H., Faivre R., Herroguez V. Preparation and functionalisation of emulsion-
derived microcellular polymeric foams (polyHIPEs) by ring-opening metathesis
polymerisation (ROMP)Electronic supplementary information (ESI) available:
experimental section. See http://www.rsc.org/suppdata/cc/b2/b208832k/. Chem.
Commun., (23), 2822–2823, 2002. doi:10.1039/b208832k
[21] Machado T. O., Sayer C., Araujo P. H. H. Thiol-ene polymerisation: A promising
technique to obtain novel biomaterials. Eur. Polym. J., 86 200–215, 2017.
[22] Lafleur J. P., Senkbeil S., Novotny J., Nys G., Bøgelund N., Rand K. D., Foret F., Kutter
J. P. Rapid and simple preparation of thiol–ene emulsion-templated monoliths and their
application as enzymatic microreactors. Lab. Chip, 15 (10), 2162–2172, 2015.
[23] Chen L., Ou J., Liu Z., Lin H., Wang H., Dong J., Zou H. Fast preparation of a highly
efficient organic monolith via photo-initiated thiol-ene click polymerization for capillary
liquid chromatography. J. Chromatogr. A, 1394 103–110, 2015.
[24] Lovelady E., Kimmins S. D., Wu J., Cameron N. R. Preparation of emulsion-templated
porous polymers using thiol–ene and thiol–yne chemistry. Polym Chem, 2 (3), 559–562,
2011.
[25] Sergent B., Birot M., Deleuze H. Preparation of thiol–ene porous polymers by emulsion
templating. React. Funct. Polym., 72 (12), 962–966, 2012.
[26] Chen C., Eissa A. M., Schiller T. L., Cameron N. R. Emulsion-templated porous
polymers prepared by thiol-ene and thiol-yne photopolymerisation using multifunctional
acrylate and non-acrylate monomers. Polymer, 126 395–401, 2017.
[27] Pulko I., Krajnc P. Porous Polymer Monoliths by Emulsion Templating, Encyclopedia
of Polyner Science and Technology. John Wiley Sons, 2017.
doi:10.1002/0471440264.pst653
[28] Pulko I., Smrekar V., Podgornik A., Krajnc P. Emulsion templated open porous
membranes for protein purification. J. Chromatogr. A, 1218 (17), 2396–2401, 2011.
[29] Benicewicz B. C., Jarvinen G. D., Kathios D. J., Jorgensen B. S. Open-celled polymeric
foam monoliths for heavy metal separations study. J. Radioanal. Nucl. Chem., 235 (1–
2), 31–35, 1998.
[30] Huš S., Kolar M., Krajnc P. Separation of heavy metals from water by functionalized
glycidyl methacrylate poly (high internal phase emulsions). J. Chromatogr. A, 1437 168–
175, 2016.
[31] Pulko I., Kolar M., Krajnc P. Atrazine removal by covalent bonding to piperazine
functionalized PolyHIPEs. Sci. Total Environ., 386 (1–3), 114–123, 2007.
[32] Pierre S. J., Thies J. C., Dureault A., Cameron N. R., van Hest J. C. M., Carette N.,
Michon T., Weberskirch R. Covalent Enzyme Immobilization onto Photopolymerized
Highly Porous Monoliths. Adv. Mater., 18 (14), 1822–1826, 2006.
![Page 70: POROZNI KOPOLIMERI IZ VINILESTROV IN TIOLOV · 2018-11-04 · HLB vrednosti 3,29 pa s povečevanjem količine surfaktantov porušimo poliHIPE morfologijo in zmanjšamo primarne pore](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022011911/5f873e545e357e45720fcdfb/html5/thumbnails/70.jpg)
Porozni kopolimeri iz vinilestrov in tilolov kot nosilci bioloških celic
54
[33] Kimmins S. D., Wyman P., Cameron N. R. Amine-functionalization of glycidyl
methacrylate-containing emulsion-templated porous polymers and immobilization of
proteinase K for biocatalysis. Polymer, 55 (1), 416–425, 2014.
[34] Schwab M. G., Senkovska I., Rose M., Klein N., Koch M., Pahnke J., Jonschker G.,
Schmitz B., Hirscher M., Kaskel S. High surface area polyHIPEs with hierarchical pore
system. Soft Matter, 5 (5), 1055, 2009.
[35] Su F., Bray C. L., Tan B., Cooper A. I. Rapid and Reversible Hydrogen Storage in
Clathrate Hydrates Using Emulsion-Templated Polymers. Adv. Mater., 20 (14), 2663–
2666, 2008.
[36] Dunkelman N. S., Zimber M. P., LeBaron R. G., Pavelec R., Kwan M., Purchio A. F.
Cartilage production by rabbit articular chondrocytes on polyglycolic acid scaffolds in a
closed bioreactor system. Biotechnol. Bioeng., 46 (4), 299–305, 1995.
[37] Busby W., Cameron N. R., Jahoda C. A. B. Emulsion-Derived Foams (PolyHIPEs)
Containing Poly(ε-caprolactone) as Matrixes for Tissue Engineering.
Biomacromolecules, 2 (1), 154–164, 2001.
[38] Akay G., Birch M. A., Bokhari M. A. Microcellular polyHIPE polymer supports
osteoblast growth and bone formation in vitro. Biomaterials, 25 (18), 3991–4000, 2004.
[39] Bokhari M., Carnachan R. J., Cameron N. R., Przyborski S. A. Novel cell culture device
enabling three-dimensional cell growth and improved cell function. Biochem. Biophys.
Res. Commun., 354 (4), 1095–1100, 2007.
[40] Lumelsky Y., Zoldan J., Levenberg S., Silverstein M. S. Porous
Polycaprolactone−Polystyrene Semi-interpenetrating Polymer Networks Synthesized
within High Internal Phase Emulsions. Macromolecules, 41 (4), 1469–1474, 2008.
[41] Barbetta A., Dentini M., De Vecchis M. S., Filippini P., Formisano G., Caiazza S.
Scaffolds Based on Biopolymeric Foams. Adv. Funct. Mater., 15 (1), 118–124, 2005.
[42] Barbetta A., Massimi M., Conti Devirgiliis L., Dentini M. Enzymatic Cross-Linking
versus Radical Polymerization in the Preparation of Gelatin PolyHIPEs and Their
Performance as Scaffolds in the Culture of Hepatocytes. Biomacromolecules, 7 (11),
3059–3068, 2006.
[43] Caldwell S., Johnson D. W., Didsbury M. P., Murray B. A., Wu J. J., Przyborski S. A.,
Cameron N. R. Degradable emulsion-templated scaffolds for tissue engineering from
thiol–ene photopolymerisation. Soft Matter, 8 (40), 10344, 2012.
[44] Sušec M., Liska R., Russmüller G., Kotek J., Krajnc P. Microcellular Open Porous
Monoliths for Cell Growth by Thiol-Ene Polymerization of Low-Toxicity Monomers in
High Internal Phase Emulsions. Macromol. Biosci., 15 (2), 253–261, 2015.
[45] Naranda J., Sušec M., Maver U., Gradišnik L., Gorenjak M., Vukasović A., Ivković A.,
Rupnik M. S., Vogrin M., Krajnc P. Polyester type polyHIPE scaffolds with an
interconnected porous structure for cartilage regeneration. Sci. Rep., 6 (1), 2016.
[46] Shah A. A., Hasan F., Hameed A., Ahmed S. Biological degradation of plastics: A
comprehensive review. Biotechnol. Adv., 26 (3), 246–265, 2008.
[47] Lumelsky Y., Lalush-Michael I., Levenberg S., Silverstein M. S. A degradable, porous,
emulsion-templated polyacrylate. J. Polym. Sci. Part Polym. Chem., 47 (24), 7043–7053,
2009.