مجله پژوهش و توسعه فناوری پلیمر ایران
پیاپی 3 (پاییز 1395)

امروزه پیشرفت های فراوانی در ارتباط با فن آوری های انتقال و رهایش کنترل شده دارو صورت گرفته است. جهت تامین نیازهای روز افزون در زمینه های دارویی و پزشکی، حامل های نوین رهایش دارو بر پایه پلیمر، طراحی و ساخته شده است. هدف از این مقاله ارائه یک دید کلی از اصول بنیادی و روش های مدل سازی رهایش دارو از سامانه های هیدروژلی می باشد. مدل سازی ریاضی با شناسایی پارامترهای کلیدی و مکانیزم های مولکولی رهایش، نقش مهمی در تسهیل طراحی سامانه های دارورسانی، ایفا می کند. در این مقاله، ابتدا نقش برجسته هیدروژل ها در رهایش کنترل شده، مکانیزم رهایش مولکولی و معیارهای طراحی هیدروژل برای کاربردهای رهایش کنترل شده، پرداخته می شود. سپس چندین مکانیزم برای توصیف رهایش مولکولی از سیستم های پلیمری هیدروژل از جمله رهایش کنترل شده با نفوذ، تورم و رهایش کنترل شده شیمیایی توضیح داده شده است. همچنین، هندسه دستگاه، مفروضات و محدودیت ها و معادلات بدست آمده برای هرکدام از سامانه ها آورده شده است. بخش پایانی بر سامانه های در حال ظهور انتقال هیدروژلی و چالش های مرتبط با مدل سازی این سامانه ها متمرکز شده است.

جلوگیری از هدر رفت انرژی، یکی از روش های افزایش راندمان سامانه های حرارتی است. در سال های اخیر مواد تغییر فازی به عنوان یکی از راهکارهای حفظ و ذخیره انرژی مطرح شده است. در این بین، مواد تغییر فازی جامد-مایع به دلیل قابلیت طراحی متنوع و خواص حرارتی مناسب، مورد توجه قرار گرفته اند. مهمترین چالش در این مواد، نشت مذاب در هنگام تغییر فاز و هدایت حرارتی پایین سامانه است. برای رفع این مشکل، ساختارهای کربنی به مواد تغییر فازی افزوده می شوند تا نشت و هدایت حرارتی مواد تغییر فازی را بهبود بخشند. حضور ساختارهای کربنی موجب کاهش سهم ماده تغییر فازی، تغییرات بلورینگی و افت آنتالپی سامانه می شود. باتوجه به نوع ساختار و ترکیب درصد آن، میزان این تغییرات متفاوت خواهد بود. به همین دلیل مهمترین چالش در این سامانه ها، دستیابی به بیشترین آنتالپی در کمترین نشتی و کاهش پدیده فوق سرد است. بر اساس پژوهش های اخیر در این حوزه می توان گفت نانوساختارهای کربنی صفحه ای، خصوصا گرافن اکساید، توانسته اند سامانه تغییر فازی را در کمترین ترکیب درصد به پایداری شکلی برسانند. همچنین این نانوصفحات در فرآیند جامد شدن مذاب مواد تغییر فازی، به عنوان هسته اولیه برای بلورینگی هتروژن عمل کرده و درصد بلورینگی و به تبع آن آنتالپی مذاب را افزایش می دهند. از طرفی، وجود هسته های هتروژن باعث افزایش سرعت بلورگذاری در تغییر فاز مایع به جامد شده و پدیده فوق سرد را کاهش می دهد.

فوم های ترکیبی موادی مهندسی هستند که از یک فاز ماتریس و یک فاز تقویت کننده یعنی میکروبالن تشکیل شده اند. با توجه به خواص بسیار مطلوب این مواد از قبیل سبکی، استحکام فشاری بالا، جذب آب پایین، ثابت دی الکتریک پایین و... فوم های ترکیبی کاربردهای روز افزونی در صنایع مختلف به ویژه حمل و نقل و هوافضا، یافته اند. خواص این مواد به وسیله جنس میکروبالن ها و رزین تشکیل دهنده ماتریس تنظیم می گردد. همچنین در سال های اخیر انواع جدیدی از این فوم ها با نام فوم های ترکیبی درجه بندی شده براساس عملکرد و نیز فوم های ترکیبی بر پایه مواد سیمانی معرفی شده اند. با توجه به اهمیت کاربردی این مواد درصنعت، تحقیقات گسترده ای در جهت بهبود خواص مختلف آن ها از قبیل خواص مکانیکی، دینامیکی-مکانیکی، حرارتی و الکتریکی آن ها و نیز بررسی های مورفولوژیکی فراوان بر روی آن ها انجام شده است. در این پژوهش ها تلاش شده است تا با تغییر ضخامت و جنس میکروبالن ها، بهبود سطح مشترک ماتریس و میکروبالن و همچنین استفاده از افزودنی های گوناگون نظیر نانو ساختارها و... به ماتریس خواصی متناسب با کاربردهای روز افزون این مواد ایجاد گردد.

گر چه شیمی و فناوری پلی اوره ها در سال های اخیر مورد توجه واقع شده است، اما شیمی اوره به صدها سال پیش برمی گردد. اوره اولین بار توسط وهلر در سال 1829 سنتز شد. از نظر ساختاری اوره همانند دی آمیدی است که از کربنیک اسید مشتق شده است. مطالعه اولیه بر روی پلی اوره ها توسط بایر انجام شد. پلی اوره ها دسته ای از الاستومرها هستند که امروزه کاربرد وسیعی در صنعت پیدا کرده اند. در سال 2014 مصرف جهانی پل یاوره در حدود 45000 تن بود که بیش از 70 % آن در زمینه پوشش ها و موارد مشابه و حدود 25 % آن در حوزه تولید تجهیزات بود. این پلیمرها عموما از واکنش د یایزوسیانا ت ها با دی آمین ها از طریق سازوکار پلیمری شدن رشد مرحله ای تهیه می شوند.

قالب گیری مولکولی تکنیکی است که به موجب آن می توان در پلیمرهای مصنوعی سایت های شناسایی گزینشی ایجاد کرد. پلیمرهای قالب مولکولی به علت توانایی در تشخیص مولکولی دقیق، کاربرد در زمینه های مختلف علوم از جمله جداسازی فاز جامد، کروماتوگرافی و حسگرهای شیمیایی مورد توجه قرارگرفته است. حسگر شیمیایی ابزاری برای تبدیل اطلاعات شیمیایی، اعم از غلظت یک جزء نمونه خاص یا کل اجزاء موجود، به سیگنال مفید تحلیلی است. در این پژوهش به کاربرد پلیمرهای قالب مولکولی به عنوان حسگر شیمیایی که ماده شیمیایی مورد نظر مواد منفجره است، پرداخته شده است. این حسگرها می توانند بر پایه میکروبالانس کریستال کوارتز، رامان یا نانو ساختارها جهت تبدیل اطلاعات شیمیایی به سیگنال، باشد. مطالعات انجام شده روی 35 مقاله در این تحقیق نشان داد بیشترین مونومر عاملی مورد استفاده در پلیمرهای قالب مولکولی متاکریلیک (MAA) اسید بوده است که با استفاده از عامل شبکه ای کننده اتیلن گلیکول دی متاکریلات (EGDMA) جهت شناسایی ترکیبات نیتروآرماتیکی نظیر تری نیتروتولوئن (TNT) بکار رفته است.

دندریمرها درشت مولکول هایی سه بعدی، پرشاخه و تک وزن هستند که ساختاری متشکل از هسته، واحدهای تکرار شونده و گروه های انتهایی دارند. ویژگی های فیزیکی و شیمیایی دندریمرها باعث توسعه کاربرد آنها در زمینه های مختلف علمی به عنوان کاتالیزور، سامانه های حامل و نانومواد شده است. دو روش همگرا و واگرا برای سنتز دندریمرها به کار می روند. اخیرا روش های جدیدی برای سنتز دندریمرها توسعه یافته است. کوپلیمرهای خطی دندریتیک ساختارهایی هیبریدی هستند که شامل دو ساختار درشت مولکول مختلف در کنار هم هستند.

استفاده از پوشش های پلیمری، یکی از روش های حفاظت فلزات در برابر خوردگی است. خوردگی در فلزات به عنوان فرایندی مخرب باعث ایجاد خسارات اقتصادی قابل توجهی می شود. هزینه ی سالانه ناشی از پدیده خوردگی در جهان بالغ بر 300 میلیارد دلار در سال تخمین زده می شود. تنش های اعمال شده بر پوشش منجر به ریز و درشت در آن می شود که موجب نفوذ بیشتر رطوبت (Crack) بروز ترک های فلز با پوشش شده، منجر به خوردگی، افت (Interface) و اکسیژن در سطح مشترک چسبندگی و در نهایت جدا شدن پوشش از سطح فلز می شود. معمولا قطعات آسیب (Gluing) چسباندن ،(Welding) دیده از طریق روش های مرسومی مانند جوشکاری ترمیم می شوند. این روش ها برای ترمیم پوشش های (Patching) یا وصله زدن سطح، کاربردی نیستند. استفاده از سامانه خودترمیمی، روش جدیدی برای ترمیم ناحیه آسیب دیده در پوشش است.خودترمیمی به معنای توانایی مواد و تر یکبات در ترمیم آسیب دیدگی خود با کمترین مداخله عوامل خارجی است. در این مقاله به معرفی سامانه های خودترمیم شونده، نظریه های مربوط، نکات کلیدی در انتخاب آن ها و آخرین دستاوردها در این زمینه پرداخته می شود.