Porous surface layers through polymer assisted deposition
- Reference number
- RMA08-0056
- Start and end dates
- 090701-150630
- Amount granted
- 18 000 000 SEK
- Administrative organization
- Lund University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The goal of the program is to develop a method for a controlled deposition of mesoporous colloidal particles on surfaces and to apply the method on three types of porous particles. The basic strategy is to gradually destabilize an initially stable colloidal dispersion to achieve isurface deposition rather than bulk aggregation. For this we use a potentially phase separating polymer to achieve colloidal stability/instability. The transition stability-instability should be smooth, which allows for an ordered equilibrium deposition layer. In one project we model theoretically the process to identify useful tuning parameters. In one experimental project flat mesoporous silica particles are deposited on a surface to give micrometer thick layers with pores of well defined size and orientation. Such layers can be used for separating small solutes from larger ones through a diffusional membrane transport. Another application is in tapes with a graded porus layer to be used as precise meters for relative humidity. In a third project we deposit porous liquid crystalline particles. Such particles can be loaded with an enzyme producing an enzymatically active surface coating. The fourth project aims at synthesizing soft mesoporous gel particles through in situ polymerization. In a surface layer of the particles the porosity can respond to changes in the properties of the bulk liquid such as pH or salt content. Porous responsive surface layers have a large potential in drug formulation.
Popular science description
Målet med forskningsprogrammet är en teknik där man kontrollerat kan deponera kolloidala partiklar på fasta ytor, och därigenom göra ytor med porösa ytskikt. Programmet består av fyra delprojekt. Tre experimentella delprojekt har målet att skapa ytskikt med porer med väldefinierad storlek och kemiska egenskaper. Storleken på porerna kan variera mellan 2 och 10 nm. Dessa storlekar tillåter mindre molekyler att diffundera in i porerna, medan makromolekyler selektivt kan stängas ute. Ytskikten i de tre olika delprojekten har olika kemiska egenskaper och olika tillämpningsområden. I ett delprojekt är syftet att belägga en yta med flakformade porösa partiklar av fast kiseloxid. När depositionen sker så att porerna orienteras vinkelrätt mot ytans plan får man ett skikt som kan användas för att separera små molekyler från stora. Vidare kan man längs en yta deponera skikt med olika porstorlek. Vattenånga kondenserar i porerna vid ett värde på luftfuktigheten som beror av porstorlek. En kondensation medför en ändring av ytans optiska egenskaper och man har en enkel mätare av lokal luftfuktighet. Ett andra delprojekt utgår från mikrometerstora kolloidala partiklar med en intern struktur av storleken 2 till 5 nm. Dessa partiklar är flytande kristallina och mer deformerbara. Man kan fästa enzymmolekyler inne i partiklarna och erhålla ett enzymatiskt aktivt skikt. Små molekyler kan lätt diffundera till enzymet medan till exempel proteinnedbrytande enzymer inte släpps in. En möjlig användning av sådana skikt är för att skapa laktosfri mjölk direkt i en förpackning. I det tredje delprojektet skapas ytskikt där porositeten varierar med egenskaperna i en omgivande vattenlösning. Detta åstadkoms av porösa partiklar gjorda genom polymerisation i närvaro av en tvärbindare. Tvärbindaren ger en gelliknande porstruktur, som kan öppnas och stängas allteftersom pH eller salthalt ändras. Detta koncept har en stor potentiell tillämpning i läkemedelsformulering där man, till exempel, vill skydda an aktiv substans från nedbrytning innan den når sitt tänkta mål i kroppen. Det fjärde delprojektet gäller en teoretisk beskrivning av polymeradsorption och dess effekt på de porösa partiklarnas kolloidala stabilitet med hjälp av datorsimuleringar och teori. Det är viktigt att identifiera de variabler som styr balansen mellan kontrollerad ytadsorption och självaggregation av partiklarna. Detta delprojekt har en relevans långt bortom de tre specifikt föreslagna tillämpningarna.