נושא הפרוייקט

מספר פרוייקט מחלקה שמות סטודנטים אימייל שמות מנחים

הקשר של תכונות מבניות של תמיסות וג'לים פיזיקלים תלויי טמפרטורה מאלגינט/ PNIPAM בצורת מברשת

Structure-properties relationship of thermoresponsive Alginate/PNIPAM bottlebrushes solutions and physical hydrogels

תקציר בעיברית

תרמורספונסיב הידרוג'ל הוא רשת מצולבת תלת ממדית של שרשראות פולימר אשר תכונותיו עוברות שינוי משמעותי עם שינוי הטמפרטורה.
ג'לים אלה משמשים בביו-יישומים שונים, כמו הכוונת תרופות, עזר לריפוי פצעים ומצע לתרבית תאים. אחד הפולימרים מסוג זה הנחקרים ביותר הוא  Poly(N-isopropyl acrylamide) (PNIPAM),זאת כיוון שטמפרטורת תמיסה הקריטית (LCST) שלו בטמפרטורה של 35-37℃ אשר קרובה לטמפרטורת הגוף וכך יכול לשמש לאפליקציות ביולוגיות.
יצירה של גל מPNIPAM הנה מעט יותר מורכבת משום שבשילוב עם אלגינט, שהוא פולסכריד טבעי באמצעות צילוב פיזיקלי מתקבל ג'ל בעל תכונות תרמורספונסיב אשר יהיו תלויות במשקל המולקולרי של הPNIPAM.
פולימרי במבנה מברשת (BB) הם סוג מיוחד של קופולימרים שבהם שרשראות צד קצרות יחסית מחוברות בצורה צפופה באמצעות קשרים קוולנטים על פולימר ארוך יותר המהווה את שידת המבנה ליצירת מבנה של מברשת. סוג זה של פולימר עם שרשראות צד PNIPAM בקושי נחקר, בתמיסות ובג'לים, בעקבות סינתזה מסובכת של החומר.
במחקר אנו משווים את המאפיינים של תמיסות וג'לים של אלגינט עם PNIPAM לינארי ושל אלגינט עם PNIPAM BB. התוצאות שהתקבלו מראות שתמיסה המכילה כמות שווה של אלגינט וPNIPAM קיים בה שינוי בעכירות הדגימות ב-35 מעלות צלזיוס המראה על LCST ואילו הצמיגות של הדגימה אינה משתנה עם הטמפרטורה. בתמיסה זו עם PNIPAM הליניארי הדגימה הראתה שינוי עכירות בריכוז נמוך יותר מאשר בBB. ההידרוג'ל נראה כי הגדלת ריכוז CaCl2 תגביר את החוזק של הג'ל ואילו כמות הPNIPAM שתכלא בו תקטן. ההידרוג'ל הראה שינוי עכירות ב-37°C אך לא היה שינוי בריאולוגיה שלו בשינוי הטמפרטורה.

תקציר באנגלית

Thermoresponsive hydrogel  are Three-dimensional crosslink networks of polymer chains with major change of properties such as mechanical and thermal with change of temperature. 
They are used in various bio-applications such as drug delivery, wound healing and cell culture. A possible route to achieve route to achieve such diversity is the use of different types of building blocks
A widely used thermoresponsive polymers is Poly(N-isopropyl acrylamide) (PNIPAM), it got lower critical solution temperature (LCST) of 35-37℃, close to the body temperature. 
However, creating a PNIPAM gel is not straightforward. Combing PNIPAM with other polymers such as alginate, a polysaccharide that easily gels upon the addition of calcium ions offers a simpler way to create and tune the mechanical properties of  thermoresponsive gels, however the PNIPAM Mw effect both mechanical and thermal properties.     
Bottlebrush (BB) polymers are a special type of graft copolymers in which relatively short side chains are densely grafted via a covalent bond on a longer polymer backbone. This type of polymer with PNIPAM side chains has barely been studied, in solutions and gels, duo to complicated synthesis. 
Here we compare the properties of Alginate/linear PNIPAM and Alginate/BB PNIPAM solutions and gels. Our results showed a change in the turbidity of a solution with equal amount of alginate and PNIPAM (linear or BB)  at 35°C,  however the viscosity of the sample was not changed with the temperature. In the solution with linear PNIPAM the change in the turbidity occurred in lower concentration compared to that with BB concentration.
The hydrogel matrix stiffness increased with the increasing concentration of the CaCl2, but the amount of PNIPAM that was left in hydrogel decreased. The hydrogel showed turbidity change in 37°C but there was no change in the storage modulus and the loss modulus in temperature change.