پلیمرهای خودترمیم بر پایه برهم‌کنش‌های میزبان-مهمان میان سیکلودکسترین و انواع مختلف مولکول‌های مهمان

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 زنجان، دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان، دانشکده شیمی، صندوق پستی 1159-45195

2 هیات علمی/دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان

چکیده

پلیمرهای خودترمیم، پلیمرهایی هستند که پس از ایجاد شکاف یا ترک بهبود می‌یابند. این خاصیت، باعث افزایش طول عمر آن‌ها می‌شود. فرایند انتشار ریزترک‌ها در سازه‌های پلیمری ممکن است به ایجاد ترک‌های بزرگ و در نهایت شکست سازه‌ها منجر شود. در نتیجه، خاصیت خودترمیمی یکی از گسترده‌ترین زمینه‌های پژوهشی مواد پلیمری است که موجب ترمیم ریزترک‌ها می‌شود و از شکست سازه‌های پلیمری جلوگیری می‌کند. بدین دلیل، توجه بسیاری از پژوهشگران را جلب کرده است. سازوکار خودترمیمی در این پلیمرها، شکستن پیوند برگشت‌پذیر و اصلاح آن است. معمولاً اعمال محرک خارجی برای انجام اصلاح پیوند و فرایند خودترمیمی ضروری است. پارامترهای اساسی مؤثر بر فرایند خودترمیمی شامل کارایی بهبود (نسبتی از خواص مکانیکی پیش و پس از بهبود)، سرعت و زمان بهبود و زمان انبارش (مدت زمانی که بخش‌های شکسته‌شده هنوز خاصیت خودترمیمی نشان می‌دهند) هستند. خودترمیمی بر پایه برهم‌کنش‌های میزبان-مهمان زمانی رخ می‌دهد که دو یا چند قطعه شیمیایی با هم برهم‌کنش غیرکووالانسی دهند. به‌طوری که یک تکه مولکول (مهمان) به‌طور فیزیکی وارد تکه دیگر (میزبان) شده و اتصالات میزبان-مهمان برگشت‌پذیر ایجاد می‌شود و ترمیم رخ می‌دهد. سیکلودکسترین‌ها از جمله موادی هستند که قابلیت ایجاد برهم‌کنش‌های میزبان-مهمان با مولکول‌های آب‌گریز را دارند. سیکلودکسترین‌ها به‌دلیل زیست‌سازگاری، حل‌پذیری مناسب و قابلیت اصلاح سطح شیمیایی برای تهیه برهم‌کنش‌های میزبان-مهمان مناسب هستند. در این مقاله ویژگی‌ها، سازوکار و روش‌های مختلف تهیه هیدروژل‌های خودترمیم بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Self-Healing Polymers Based on Host-Guest Interactions Between Cyclodextrin and Different Types of Guest Molecules

نویسندگان [English]

  • Masoumeh Mohamadhoseini 1
  • Zahra Mohamadnia 2
1 Department of Chemistry, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS), P.O. Box 45195-1159, Zanjan, Iran
2 Academic Staff, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS)
چکیده [English]

Self-healing polymers can spontaneously repair cracks or fractures themselves that this property increases their service life. Propagation of the microcracks in polymer structures may leads to material failure, so the research on self-healing polymeric materials have attracted significant attention. The fundamental mechanism for self-healing polymeric materials involves reversible damage-restoring bonds. Usually external stimuli is required to repair the damaged bonds and self-healing process. There is a number of influential parameters on self-healing behaviors, including healing efficiency (a ratio of mechanical property measured after and before healing), healing rate, healing times at the same fracture point, and storage time (after which the broken parts still show the healing property). Hostguest interactions occur when two or more chemical species interact with each other via non-covalent bonds. In supramolecular host-guest interactions, one moiety (the guest) is physically inserted to another moiety (the host) and is held together by non-covalent interactions. Since the interactions are reversible, polymer networks constructed by such interactions can exhibit self-healing properties. Cyclodextrins are suitable resources for preparation of the host-guest interactions because of their biocompatibility, good solubility and the ability for chemical surface modification. The purpose of this paper is to investigate the characteristics, mechanisms and different methods for synthesis of self-healing polymer hydrogels.

کلیدواژه‌ها [English]

  • self-Healing
  • interaction
  • host-guest
  • cyclodextrin
  • hydrogel

مراجع

1. Yang X., Yu H., Wang L., Tong R., Akram M., Chen Y., and Zhai X., Self-Healing Polymer Materials Constructed by Macrocycle-Based Host–Guest Interactions, Soft Matter, 11,
1242-1252, 2015.
2. Abdoos H. and Seyyedi A., Self-Healing Polymer Nanocomposites, Polymerization (Persian), 8, 4-19, 2019.
3. Emami M., Aram E., and Mahdavian A.R., Smart Polymers: III. Self-Healing Polymers, Polymerization (Persian), 3, 27- 38, 2013.
4. Zhang H., Xia H., and Zhao Y., Poly(vinyl alcohol) Hydrogel Can Autonomously Self-Heal, ACS Macro Lett., 1, 1233- 1236, 2012.
5. Luo F., Sun T.L., Nakajima T., Kurokawa T., Zhao Y., Sato K., et al., Oppositely Charged Polyelectrolytes Form Tough, Self-Healing, and Rebuildable Hydrogels, Adv. Mater., 27,
2722-2727, 2015.
6. Tuncaboylu D.C., Sari M., Oppermann W., and Okay O., Tough and Self-Healing Hydrogels Formed via Hydrophobic Interactions, Macromolecules, 44, 4997-5005, 2011.
7. Tuncaboylu D.C., Argun A., Sahin M., Sari M., and Okay O., Structure Optimization of Self-healing Hydrogels Formed via Hydrophobic Interactions, Polymer, 53, 5513-5522, 2012.
8. Guo K., Lin M.S., Feng J.F., Pan M., Ding L.S., Li B.J., and
Zhang S., The Deeply Understanding of the Self-Healing
Mechanism for Self-Healing Behavior of Supramolecular
Materials Based on Cyclodextrin–Guest Interactions, Macromol.
Chem. Phys., 218, 1600593, 2017. DOI:10.1002/
macp.201600593
9. Liu Y. and Li J., Advances of Cyclodextrin Polymers for the Delivery of Biotech Drugs, J. Bioresour. Bioprod., 1, 7-17, 2016.
10. Van De Manakker F., Vermonden T., Van Nostrum C.F., and Hennink W.E., Cyclodextrin-Based Polymeric Materials: Synthesis, Properties, and Pharmaceutical/Biomedical Applications,
Biomacromolecules, 10, 3157-3175, 2009.
11. Hedges A.R., Industrial Applications of Cyclodextrins, Chem. Rev., 98, 2035-2044, 1998.
12. Yan Q., Yuan J., Cai Z., Xin Y., Kang Y., and Yin Y., Voltageresponsive Vesicles Based on Orthogonal Assembly of Two Homopolymers, J. Am. Chem. Soc., 132, 9268-9270, 2010.
13. Nakahata M., Takashima Y., Yamaguchi H., and Harada A., Surface-initiated Selfhealing of Polymers in Aqueous Media, Nat. Mater., 13, 867-872, 2014.
14. Kakuta T., Takashima Y., Nakahata M., Otsubo M., Yamaguchi H., and Harada A., Preorganized Hydrogel: Self-Healing Properties of Supramolecular Hydrogels Formed By Polymerization of Host-Guest-Monomers That Contain Cyclodextrins and Hydrophobic Guest Groups, Adv. Mater., 25, 2849-2853, 2013.
15. Wang Y., Adokoh C.K., and Narain R., Recent Development and Biomedical Applications of Self-Healing Hydrogels, Expert Opin. Drug Deliv., 15, 77-91, 2018.
16. Jia Y.G., and Zhu X.X., Self-Healing Supramolecular Hydrogel Made of Polymers Bearing Cholic Acid and β-Cyclodextrin Pendants, Chem. Mater., 27, 387-393, 2015.
17. Chen H., Ma X., Wu S., and Tian H., A Rapidly Self-Healing Supramolecular Polymer Hydrogel with Photostimulated Room-Temperature Phosphorescence Responsiveness, Angew.
Chem. Int. Ed., 53, 14149-14152, 2014.
18. Nakahata M., Takashima Y., Yamaguchi H., and Harada A., Redox-Responsive Self-Healing Materials Formed from Host–Guest Polymers, Nat. Commun., 2, 511, 2011. DOI:
10.1038/ncomms1521
19. Chuo T.W., Wei T.C., and Liu Y.L., Electrically Driven Self- Healing Polymers Based On Reversible Guest–Host Complexation of Β-Cyclodextrin and Ferrocene, J. Polym. Sci. A.,
51, 3395-3403, 2013.
20. Yan Q., Feng A., Zhang H., Yin Y., and Yuan J., Redox-switchable Supramolecular Polymers for Responsive Self-healing Nanofibers in Water, Polym. Chem., 4, 1216-1220, 2013.
21. Jia Y.G., Zhang M., and Zhu X.X., CO2-Switchable Self-Healing Host–Guest Hydrogels, Macromolecules, 50, 9696-9701, 2017.
22. Jia Y.G., Jin J., Liu S., Ren L., Luo J., and Zhu X.X., Self- Healing Hydrogels of Low Molecular Weight Poly(vinyl alcohol) Assembled by Host–Guest Recognition, Biomacromolecules, 19, 626-632, 2018.
23. Jia Y.G. and Zhu X.X., Self-healing Supramolecular Hydrogel Made of Polymers Bearing Cholic Acid and β-cyclodextrin Pendants, Chem. Mater., 27, 387-393, 2014.
24. Liang X.Y., Wang L., Wang Y.M., Ding L.S., Li B.J., and Zhang S., UV-Blocking Coating with Self-Healing Capacity, Macromol. Chem. Phys., 218, 1700213, 2017. doi: 10.1002/
macp.201700213
25. Nakahata M., Takashima Y., and Harada A., Highly Flexible, Tough, and Self-healing Supramolecular Polymeric Materials Using Host–guest Interaction, Macromol. Rapid Commun.,
37, 86-92, 2016.
26. Hu Z., Liu Y., Xu X., Yuan W., Yang L., Shao Q., and Huang Y., Efficient Intrinsic Self-healing Epoxy Acrylate Formed from Host-guest Chemistry, Polymer, 164, 79-85, 2019.
27. Chen L., Chen H., Yao X., Ma X., and Tian H., A Hybrid Supramolecular Polymeric Hydrogel with Rapid Self-Healing Property, Chem. Asian J., 10, 2352-2355, 2015.
28. Li Y., Li J., Zhao X., Yan Q., Gao Y., Hao J., and Ju Y., Triterpenoid- Based Self-Healing Supramolecular Polymer Hydrogels Formed by Host–Guest Interactions, Chem. Eur. J., 22,
18435-18441, 2016.
29. Xuan H., Ren J., Zhang J., and Ge L., Novel Highly-Flexible, Acid-resistant and Self-healing Host-guest Transparent Multilayer Films, Appl. Surf. Sci., 411, 303-314, 2017.
30. Hu Z., Zhang D., Lu F., Yuan W., Xu X., Zhang Q., Liu H., Shao Q., Guo Z., and Huang Y., Multistimuli-responsive Intrinsic Self-healing Epoxy Resin Constructed by Host–Guest
Interactions, Macromolecules, 51, 5294-5303, 2018.
31. Harada A., Takashima Y., and Nakahata M., Supramolecular Polymeric Materials via Cyclodextrin–Guest Interactions, Acc. Chem. Res., 47, 2128-2140, 2014.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار