Porösa skikt genom polymerkontrollerad deposition
- Diarienummer
- RMA08-0056
- Start- och slutdatum
- 090701-150630
- Beviljat belopp
- 18 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Lund University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Programmet syftar till en generell metodik för att kontrollerat deponera kolloidala partiklar på en yta och sedan applicera denna metodik på tre olika sätt att skapa porösa ytskikt. Grundidén är att gradvis destabilisera en initialt polymerstabiliserad dispersion av partiklar. Många polymerlösningar kan vid små förändringar av systemet övergå till att fasseparera associativt. För dispersioner där en sådan polymer använts för stabilisering kan man inducera en mjuk övergång mellan stabilitet och instabilitet. Ett projekt gäller teoretisk modellering av depositionsmetodiken för att klarlägga parametrar som bör användas för att styra depositionsprocessen. I ett annat projekt deponeras mesoporösa flakformade silikapartiklar på ytor för att få mikrometertjocka skikt med väldefinierade egenskaper vad gäller porstorlek och pororientering. Ett sådant poröst skikt kan användas för molekylseparation. En annan tillämpning är lätt avläsbara lokala mätningar av relativ luftfuktighet. I ett tredje projekt deponeras flytande kristallina porösa partiklar på ytor. Partiklarna kan laddas med enzym för att skapa enzymatiskt aktiva porösa ytskikt. Ett fjärde projekt syftar till mjuka mesoporösa partiklar av gelkaraktär genom in situ polymerisation i närvaro av tvärbindare. Ett ytskikt med denna uppbyggnad har egenskapen att porositeten kan fås att variera med lösningsegenskaper som pH och salthalt. Ett poröst responsivt ytskikt har potentiellt stora tillämpningar inom farmaceutisk formulering.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.