Şekil hafızalı polimerler (SMP’ler) arasında, termal olarak aktif SMP’ler en yaygın tiptir. Termal olarak indüklenen şekil hafızalı polimerler, ilaç verme, implantasyon, dikiş atma ve yara iyileşmesi gibi biyomedikal alanlarda geniş bir uygulama alanına sahiptir. Sıcaklığa duyarlı şekil hafızalı polimerlerin kapsamlı mekanik ısı döngüsü, makroskopik düzeyde birkaç adımdan oluşur. Bu adımlar aşağıdaki gibidir:
• Programlama
• Mağaza
• Kurtarma
İlk adım, şekil hafızalı polimerleri doğal bir şekle dönüştürmektir. İkinci adımda polimer, erime sıcaklığı Tm veya camsı geçiş sıcaklığı Tg olabilen termal geçiş sıcaklığının (Ttrans) üzerinde ısıtılır. Polimer T trans halindeyken, uygulanan dış kuvvet onu deforme eder ve termal dönüşüm sıcaklığının altına soğutulur. Soğuduktan sonra, önceden deforme olmuş şekli geçici olarak korumak için uygulanan kuvvet kaldırılır. Son adımda, önceden denatüre edilmiş şekil hafızalı polimer bir T-trans üzerinde ısıtılır, şekil geri kazanımı gözlenir ve SMP orijinal şeklini geri kazanır.
Moleküler seviyede, şekil hafızalı polimerler, çapraz bağlayıcılar ve anahtar parçalar olmak üzere iki bileşeni sayesinde bir şekil hafıza etkisi sağlar. Bu SMP’ler, kimyasal olarak çapraz bağlanmış ağları veya fiziksel olarak çapraz bağlanmış kopolimerleri içerebilir. Fiziksel olarak çapraz bağlı kopolimerler genellikle katı ve ikame edilmiş enine kesitlere sahip doğrusal blok kopolimerlerden yapılır. Kalıcı formu katı parçalar tarafından tutulurken, geçici formu değişen parçalar tarafından sabitlenir. Çapraz bağlar, kovalent bağlardan ve fiziksel etkileşimlerden (yani moleküler dolaşıklık) oluşur. Kovalent olarak çapraz bağlanmış şekil hafızalı polimerler için, şekil kovalent bağlarla sabitlendiği için malzemelerin yeniden şekillendirilmesi zordur. Bu polimerlere termoplastik denir.
Fiziksel çapraz bağlama durumunda, polimerin iki ayrı alanı vardır ve bu alan, rijit ve tersinir anahtar kısımlar olmak üzere iki kısımdan oluşur. Kafes noktası görevi gören katı kısım, en yüksek ısı transfer sıcaklığı ile ilgilidir. Tersinir anahtar parçası veya moleküler anahtarlar, ikinci en yüksek ısı transfer sıcaklığı ile ilişkilidir. Bu polimerlere termoplastikler denir. Şekil hafızası işlemi sırasında sert ve yumuşak kısımları görüntüler. Çizgiler net noktaları, kare noktalar ise parçaların transpozisyonunu gösterir. Russo ve diğ., epoksi kopolimerlerinin (neopentil glikol diglisidil eter NGDE), çapraz bağ yoğunluğunu ve zincir esnekliğini değiştirerek değiştirilebilir cam geçiş sıcaklıklarına sahip olduğunu bildirdi. Ayrıca mükemmel şekil stabilitesine ve 89°C’ye kadar geri kazanıma dikkat edin.
Zhou ve ark. PDLLA/HA (poli D, L-laktid ko-glikolit/hidroksiapatit) bileşiklerinin istenen şekil hafıza etkilerine sahip olduğunu ve bileşiklerdeki HA moleküllerinin miktarının şekil hafızasının geri kazanılmasında önemli bir rol oynadığını bildirdiler. PDLLA, şekil hafızası etkisi, biyolojik olarak parçalanabilirlik, biyouyumluluk ve kullanım kolaylığı özelliklerine sahiptir. Ayrıca HA, kemik iletkenliği gibi dikkate değer özelliklere sahip olduğundan, bu bileşikler minimal invaziv cerrahi (MIS) ve kemik ve doku onarımı gibi biyomedikal uygulamalarda potansiyele sahiptir. Lindlin ve ark. sırasıyla katı ve kilit parçalar olarak bir oligo (#-kaprolakton) diol (OGL) ve bir kristalleştirilebilir oligo (p-dioksanon) (ODX) içeren ısıya duyarlı bir şekil hafızalı polimer geliştirdi.
Bu SMP termoplastik elyaf, elyafları gevşek bir şekilde bağlamak ve ardından sıcaklık bir T geçişine yükseldiğinde yarayı kapatmak, iplikleri küçültmek ve düğümü sıkmak için kullanılmıştır. Bu nedenle, yeni cerrahi cihazlar tasarlamak için bu tür malzemelerin kullanılması önerilmiştir. Başka bir çalışmada Ashby ve meslektaşları, poli(-kaprolakton) (PCL) ve poli(oktilen adipat-ko-mezo-2,5-diazodidat) şekil hafızalı polimerlerin sıcaklık değişimi ile aktive olduğunu bildirdiler. Bu yeni geliştirilen SMP, biyomedikal alanda potansiyel uygulamalara sahiptir.
İçindekiler
Tek Yönlü (Çift Yönlü) Hafıza Etkisi (1W-SME)
SMP’ye bir dış uyaran uygulandığında, geçici form kalıcı bir form haline gelir. Geçici şekli eski haline getirmek için bir miktar dış kuvvet veya dış basınç gerekir. Bu prosedür, şekil belleği davranışının geri döndürülemez veya tek yönlü olduğunu ve geniş bir uygulama yelpazesine sahip olduğunu gösterir. Bu prosedür aşağıdaki gibidir:
• Polimer şeklinin hafızasını etkilemek için aşağıdaki prosedürler vardır:
• Bir şekil hafızalı polimerin bir geçiş sıcaklığı veya deformasyon sıcaklığı vardır.
• SMP’ye bir deformasyon kuvveti uygulanır, yani çekme veya yükleme.
• SMP yük altında soğutulur.
• SMP’den yük kaldırılır ve geçici, bozuk şekil düzeltilir.
• Şekil fiksasyonundan sonra, şekil geri kazanımı, oluşan SMP’nin preslenmeden bir geri kazanım sıcaklığına (Tr) geçici olarak yeniden ısıtılmasıyla sağlanır.
• Son olarak, SMP’nin orijinal (kalıcı) görünümü geri yüklenir.
Ancak, şekil hafızası işlemi bu prosedürü takip ederse buna ikili şekil hafızası etkisi denir. Anahtarlama alanı türleri ve termal geçiş sıcaklıkları da vardır, bunlar aşağıdaki gibidir:
• çözünürlük iletimi (T trans = Tm),
• Sıvı Kristal Geçiş (Ttrans = TLC)
• cam geçiş (Ttrans = Tg)
Camsı geçiş, bu termal geçiş sıcaklığı olarak düşünülebilir, ancak, erime ve sıvı kristal faz geçişleri genellikle nispeten küçük sıcaklıklarda karakterize edilir. Şekil hafızalı bir polimerin makroskobik şekli göz önüne alındığında, kalıcı bir şekle sahip olduğunda, SMP oluşumunun en yüksek entropisi nedeniyle moleküler zincirleri termodinamik olarak kararlıdır. SMP, T trans üzerinde ısıtıldığında, zincir hareketi tetiklenir. Düşük entropi koşulu ve uygulanan stresin ardından makroskobik şekil değişikliği nedeniyle, SMP zincirinin yapısı değişir. Son olarak, SMP, T trans’ın altına soğutulduğunda, moleküler zincir bölümleri katılaşarak daha düşük entropi durumunu yakalar. Sonuç olarak, makroskobik şekil kararlılığı elde edilir. Deforme olmuş SMP aşağı akış Ttrans üzerinden ısıtılırken, gerilim uygulanmadığında zincir hareketi yeniden etkinleştirilir. Böylece moleküler zincirler en yüksek entropilerini yeniden kazanırlar.
Temel olarak, şekil hafızalı polimerler, bir tür tek yönlü şekil hafıza etkisi olan uygulanan basınç altında orijinal ve geçici şekil arasında şekil değiştirebilir. Diğer bir tek yönlü şekil hafıza etkisi türü, üçgen şekil hafıza etkisidir. Üçlü şekil hafıza efektinin (TSME) temel farkı, orijinal ve geçici şekiller arasında bir ara şekle sahip olmasıdır. Birden fazla ara şekil varsa, buna daha karmaşık hareket oluşturmak için polimorfik hafıza etkisi denir. Polimer karışımları, aşılama, bloke edici kopolimerler, SMP hibritleri ve polimer ekleri, trimerik bellek etkilerini yönetmenin yollarından bazılarıdır.
Kumar ve ark. aşılanmış polimer ağının kristalleştirilebilir poli yan zincirler içerdiğini ve polinin bir trigonal şekil hafıza etkisi gösterdiğini bildirmiştir. Ayrıca, Cuevas ve diğerleri tarafından bir polialkenemer ve poliolefin bazlı polimer karışımı kullanılmıştır. İki yarı kristalli polimer olan üç-şekil hafızalı polimerler geliştirmek için sentezlendi. Xie ve çalışma arkadaşları, iki katmanlı şekil hafızalı polimerlerden oluşan polimerik çift katmanlar geliştirdiler ve bu yeni iki katmanlı şekil hafızalı polimer katman, bir üçgen şekil hafıza etkisi gösterdi. Ayrıca Xie, perflorosülfonik asit parçasının, malzemelerin bileşiminde herhangi bir değişiklik olmaksızın dimerik, trimerik ve kuaterner dahil olmak üzere ayarlanabilir hafıza etkisi sergileyebileceğini bildirdi.
Çift Yönlü Şekil Hafıza Etkisi (2W-SME)
Çoğu tipik SMP, tek yönlü bir hafıza etkisi gösterir. Çift yönlü şekil hafıza etkisine sahip farklı bir KOBİ tipi, sıvı kristal elastomerlerde ve deforme olabilen ışıkla aktive olan polimerlerde gözlemlenebilir. 2W-SME çok yardımcı olabilir; Ancak maliyetinin yüksek olması yaygın olarak kullanılmasının önünde bir engeldir. 2W-SME işleminde, sırasıyla soğutma ve ısıtma sırasında kristalleşme kaynaklı uzama ve erime kaynaklı daralma gözlenir. Bunun nedeni sıvı kristal yapının oluşmasıdır. Chen ve ark. SMP, lamellerin çift yönlü şekil hatırlama davranışının, 25 °C’den 60 °C’ye ısıtıldığında ve 60 °C’den 25 °C’ye soğutulduktan sonra ters bükülme ile gözlemlendiğini bildirdi. Şekil hafızalı poliüretan lamine katmanlar hazırlandı. Zhou ve ark. kendi kendine katlanan bir poli(oktilen adipat) (POA) geliştirdi. Geleneksel tek yönlü geri döndürülemez şekil hafızasını gösterir. Ayrıca, SMP ısıtma sırasında tek yönlü ters şekil belleği ve ısıtma ve soğutma döngülerinde çift yönlü ters şekil belleği oluşturabilir. Bu yarı kristal elastomerin kimyasal çapraz bağları orijinal şeklin korunmasından sorumluyken, fiziksel kafes geçici şekli oluşturur.
kaynak:
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ta/c7ta01474k
https://cyberleninka.org/article/n/1439601.pdf
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]