ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΙΓΜΑΤΩΝ ΠΟΛΥ(ΓΑΛΑΚΤΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ) ΜΕ ΠΟΛΥ(ΑΙΘΥΛΕΝΟΓΛΥΚΟΛΗ)

Αθανασούλια, Ιωάννα-Γεωργία

dc.contributor.author	Αθανασούλια, Ιωάννα-Γεωργία	el
dc.date.accessioned	2020-10-09T08:31:44Z
dc.date.available	2020-10-09T08:31:44Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51343
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19041
dc.rights	Default License
dc.subject	πολυ(γαλακτικό οξύ)	el
dc.subject	πολυ(αιθυλενογλυκόλη)	el
dc.subject	υδροφιλικότητα	el
dc.subject	αποικοδόμηση	el
dc.subject	θερμομηχανικές ιδιότητες	el
dc.subject	poly(lactic acid)	el
dc.subject	poly(ethylene glycol)	el
dc.subject	hydrophilicity	el
dc.subject	degradation study	el
dc.subject	thermodynamical properties	el
dc.title	ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΙΓΜΑΤΩΝ ΠΟΛΥ(ΓΑΛΑΚΤΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ) ΜΕ ΠΟΛΥ(ΑΙΘΥΛΕΝΟΓΛΥΚΟΛΗ)	el
dc.contributor.department	ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ (Δ.Π.Μ.Σ.) "ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΛΙΚΩΝ''	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	πολυμερή	el
heal.classification	βιοσυμβατά υλικά	el
heal.classification	τροποποίηση υδροφιλικότητας	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-22
heal.abstract	Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία έγινε μελέτη της υδροφιλικότητας και των θερμομηχανικών ιδιοτήτων μιγμάτων πολυ(γαλακτικού οξέος) και πολυ(αιθυλενογλυκόλης), με σκοπό τη μελέτη της επίδρασης της πολυ(αιθυλενογλυκόλης) στις ιδιότητες της μήτρας πολυ(γαλακτικού οξέος). Η μήτρα που χρησιμοποιήθηκε ήταν άμορφης (PDLLAMG) και ημι-κρυσταλλικής (PLLAPG) δομής. Για λόγους σύγκρισης, εξετάσθηκαν δύο μοριακά βάρη πολυ(αιθυλενογλυκόλης) (Mw=3,000 g/mol και Mw=10,000 g/mol) με περιεκτικότητα στα μίγματα από 10 έως 50wt%. Ακολουθήθηκαν δύο πορείες για την παρασκευή των μιγμάτων: η τεχνική τήγματος με θέρμανση μετά από ξηρή ανάμειξη και η τεχνική διαλύματος μετά από μαγνητική ανάδευση. Στη συνέχεια, έγινε χαρακτηρισμός της πορώδους δομής και των θερμικών χαρακτηριστικών ικριωμάτων ημι-κρυσταλλικού πολυ(γαλακτικού οξέος) κατασκευασμένων σε θερμόπρεσσα με συνδυασμό τεχνικής έκπλυσης άλατος (NaCl) και υδατοδιαλυτού πορογενούς μέσου (PEG), για τη δυνατότητα αξιοποίησής τους στον τομέα της μηχανικής των ιστών. Τέλος, έγινε μελέτη της υδρολυτικής αποικοδόμησης ικριωμάτων PLLA εμβαπτισμένων σε ρυθμιστικό διάλυμα με pH 7.4 για διάστημα τριών μηνών. Από το χαρακτηρισμό του μοριακού βάρους του PLLAPG με ιξωδομετρία διαλύματος διαπιστώθηκε μείωση μετά την επεξεργασία του σε θερμόπρεσσα, εξ’αιτίας των συνθηκών που επικρατούν. Για την προετοιμασία των μιγμάτων και για την καλύτερη ομογενοποίηση των προς ανάμειξη πολυμερών, κατά της φάση της ξηρής ανάμειξης, κρίθηκε απαραίτητη η κονιοποίηση των κόκκων του PLA. Από τα δείγματα του παρθένου PLLAPG (κόκκος) και του κονιοποιημένου, διαπιστώνεται αύξηση του μοριακού βάρους του κονιοποιημένου PLLAPG γεγονός, που αποδίδεται σε φαινόμενα επανένωσης των αλυσίδων κατά τη μηχανική επεξεργασία της κονιοποίησης. Από τη μελέτη με την τεχνική XRD των μιγμάτων PLLAPG/PEG που έχουν κατασκευαστεί με τεχνική διαλύματος, παρατηρείται μία χαμηλής έντασης κορυφή περίθλασης στις 16.7°, η παρουσία της οποίας γίνεται πιο εμφανής με την αύξηση της περιεκτικότητας σε PEG. Μέσω της φασματοσκοπίας υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier, και δεδομένης της ευαισθησίας της μεθόδου, δεν παρατηρήθηκε διαφοροποίηση των φασμάτων των παραπάνω μιγμάτων. Η ένταση των κορυφών μεταβαλλόταν σε συνάρτηση με τη σύσταση των μιγμάτων. Από τα πειράματα DSC σε μίγματα PDLLA/PEG διαπιστώθηκε η εμφάνιση ενδόθερμων κορυφών που αποδίδονται κυρίως στην κορυφή τήξης της PEG αλλά και σε φαινόμενα χαλάρωσης των μακροαλυσίδων που προέρχονται από τις άμορφες περιοχές του PDLLA ή και στην εκτόνωση συσσωρευμένων τάσεων από τη διαδικασία της κατασκευής των μιγμάτων. Όσον αφορά στα μίγματα PDLLA/PEG3,000, που έχουν μορφοποιηθεί μέσω τήγματος με θέρμανση υπό πίεση, αυτά παρουσίασαν σχεδόν ανεπηρέαστες τιμές Tg,PDLLA για τις διαφορετικές εξεταζόμενες περιεκτικότητες σε PEG. Εν τούτοις, η Tg της φάσης του PDLLA στα μίγματα εμφάνισε αύξηση κατά 10 οC, σε σύγκριση με το καθαρό PDLLAMG. Η Τm της PEG3,000 παρουσίασε τάση αύξησης αυξανομένης της αναλογίας της στα μίγματα αλλά και πάλι διατηρήθηκε σε χαμηλότερα επίπεδα από τη θερμοκρασία τήξης της μη μορφοποιημένης και καθαρής PEG3,000. Από την κανονικοποίηση των τιμών της ενθαλπίας τήξης της φάσης της PEG διαπιστώνεται ότι αυτή παραμένει στα ίδια σχεδόν επίπεδα με μία μικρή τάση μείωσης. Η Tg του PDLLAMG στα μίγματά του με PEG10,000 εμφανίζει την ίδια συμπεριφορά όπως με τα μίγματα με την PEG3,000. Η εισαγωγή της PEG10,000 αύξησε την Tg της φάσης του PDLLAMG κατά 12 με 14°C. Η Τm της φάσης της PEG10,000 παρουσιάζει επίσης την ίδια τάση με αυτή της PEG3,000. Από τη μελέτη με DSC δοκιμίων PLLAPG που μορφοποιήθηκαν με τεχνική διαλύματος, διαπιστώνεται ότι η τεχνική αυτή μορφοποίησης δεν έχει επηρεάσει τις θερμικές μεταπτώσεις του πολυμερούς. Επιπλέον, στα μίγματα PLLAPG/PEG, δε διαπιστώθηκε μεταβολή της θερμοκρασίας τήξης του PLLAPG ανεξαρτήτως αναλογίας εισαγωγής και μοριακού βάρους της PEG. Παρόλα αυτά, η ΔΗm,PLLAPG της φάσης του PLLA που υπολογίσθηκε στα μίγματα εμφάνισε αύξηση έως και κατά 5 φορές, αυξανομένης της αναλογίας της PEG που ενσωματώνεται σε αυτά. Από την εξέταση των μιγμάτων παρατηρείται ότι η εισαγωγή της PEG από την αναλογία 10 wt%, οδήγησε στην εμφάνιση του φαινομένου ψυχρής κρυστάλλωσης του PLLAPG. Η ενθαλπία ψυχρής κρυστάλλωσης της φάσης του PLLA δεν επηρεάζεται από την περιεκτικότητα των μιγμάτων σε PEG. Κατά τον πρώτο κύκλο θέρμανσης, η Τm της φάσης της PEG3,000 στα μίγματα μειώνεται κατά ~10οC και η αντίστοιχη καμπύλη τήξης παρουσιάζει αύξηση στο εύρος της και μετατόπιση στην περιοχή χαμηλότερων θερμοκρασιών σε σύγκριση με την PEG3,000 αναφοράς. Ανάλογη συμπεριφορά, αλλά σε μικρότερη έκταση, παρουσιάζει στα μίγματά της η PEG10,000. Η ενσωμάτωση της PEG3,000 στη μήτρα πολυ(γαλακτικού οξέος) διατήρησε την Tm,PLLA στα ίδια επίπεδα, ενώ μία μικρή τάση αύξησης εμφανίστηκε με αύξηση της περιεκτικότητας της PEG10,000 στα μίγματα. Από τις μετρήσεις της γωνίας επαφής, διαπιστώνεται ότι η προσθήκη των εξεταζομένων τύπων PEG στο PLA μειώνει τις τιμές της και επομένως βελτιώνει την υδροφιλικότητα των μιγμάτων που προκύπτουν, συμπεριφορά πολύ σημαντική για βιοϊατρικές εφαρμογές. Η εισαγωγή της PEG10,000 στη μήτρα του PLA οδηγεί σε μεγαλύτερη μείωση της γωνίας επαφής απ΄ ότι η PEG3,000 για τις ίδιες εξεταζόμενες αναλογίες. Η συμπεριφορά αυτή εμφανίζεται τόσο στα δείγματα άμορφου και χαμηλότερου μοριακού βάρους PDLLA όσο και του ημι-κρυσταλλικού και μεγαλύτερου μοριακού βάρους PLLA. Από την πραγματοποίηση δοκιμών εφελκυσμού έγινε καταγραφή μεγαλύτερης μείωσης του μέτρου ελαστικότητας του PLLAPG των μιγμάτων με PEG10,000 σε σύγκριση με τα αντίστοιχα μίγματα της PEG3,000. Τα όλκιμα δοκίμια που προκύπτουν από την εισαγωγή της PEG εμφανίζουν υψηλότερη επιμήκυνση σε θραύση (αυξημένη κατά 5-20 φορές σε σύγκριση με το καθαρό PLA). Διαπιστώθηκε μεγαλύτερη αύξηση της επιμήκυνσης σε θραύση, των μιγμάτων με PEG3,000 σε σύγκριση με τα αντίστοιχα της PEG10,000. Ακολούθησε χαρακτηρισμός του PLLA που χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή ικριωμάτων με τεχνική έκπλυσης άλατος (χλωριούχου νατρίου). Διαπιστώθηκε μικρή μείωση του μοριακού βάρους του μετά τη διαδικασία έκπλυσης που οφείλεται στην εισχώρηση των μορίων του νερού στον σκελετό του PLLAPG και την υδρολυτική αποδόμηση των εστερικών δεσμών του πολυεστέρα. Η μορφοποίηση με θερμή συμπίεση πλακιδίων PLLAPG και χλωριούχου νατρίου και η μετέπειτα απομάκρυνση του άλατος με έκπλυση μέσω εμβάπτισης σε απεσταγμένο νερό για 6 μέρες, δε φαίνεται να έχει επίδραση στα θερμικά χαρακτηριστικά του PLLAPG. Η εισαγωγή της PEG, ως πορογενές μέσο σε αναλογία 10% στο μίγμα PLLAPG/NaCl φαίνεται να ενισχύει την ανάπτυξη κρυσταλλικότητας του PLA. Κατά τον κύκλο ψύξης του εκπλυμένου και του μη-εκπλυμένου δοκιμίου 50/50 PLLAPG/NaCl, δεν είναι εμφανής η καμπύλη κρυστάλλωσης του PLLAPG. Επίσης, για το παραπάνω δείγμα δεν είναι εμφανής η παρουσία κορυφής ψυχρής κρυστάλλωσης κατά το στάδιο της δεύτερης θέρμανσης. Επομένως, η παρουσία και η απομάκρυνση του NaCl από τη μήτρα πολυ(γαλακτικού οξέος) δεν επηρεάζει την ανάπτυξη κρυσταλλικότητας του PLLAPG. Όσον αφορά στη μελέτη με DSC του συστήματος 50/40/10 PLLAPG/NaCl/PEG3,000, όπου έγινε συνδυασμός πορογενών μέσων, παρατηρείται ότι η παρουσία της PEG στη μήτρα PLLAPG κατά την κατασκευή των μιγμάτων σε θερμόπρεσσα λειτουργεί ενισχυτικά στο μηχανισμό κρυστάλλωσης του πολυμερούς. H ίδια συμπεριφορά καταγράφεται και στο δείγμα PLLAPG, που λαμβάνεται από την έκπλυση του μίγματος 50/40/10 PLLAPG/NaCl/PEG3,000. Με τον τρόπο αυτό επιβεβαιώνεται ότι η παρουσία της PEG κατά την κατασκευή των μιγμάτων στη θερμόπρεσσα ευνοεί την ανάπτυξη της κρυσταλλικότητας του PLLAPG. Συμπληρωματικά, η μη καταγραφή κορυφής τήξης της PEG στο εκπλυμένο μίγμα 50/40/10 PLLAPG/NaCl/PEG3,000 αποδεικνύει την αποτελεσματικότητα της μεθόδου έκπλυσης των πορογενών μέσων. Η εξέταση της επιφάνειας και των τομών των ικριωμάτων με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης επέδειξε τη δημιουργία συνδεόμενου πορώδους κατά περιοχές και όχι σε όλη τη μάζα του πολυμερούς. Επίσης, διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη της PEG δεν επηρέασε περαιτέρω τη διασυνδεσιμότητα του πορώδους αυτού. Από τον «in vitro» έλεγχο της αποικοδόμησης ικριωμάτων πολυ(γαλακτικού οξέος), με εμβάπτιση σε ρυθμιστικό διάλυμα με pH 7.4 στους 37oC μετά από 1, 2 και 3 μήνες, διαπιστώθηκε μείωση του βάρους των ικριωμάτων σε χαμηλά ποσοστά (0.61%, 0.96% και 1.34% αντίστοιχα). Η μείωση αυτή αποδίδεται στην απελευθέρωση στον όγκο του ρυθμιστικού διαλύματος, χαμηλού μοριακού βάρους ολιγομερών αλλά και υδατοδιαλυτού L-λακτικού οξέος, ως προϊόν της αποικοδόμησης. Παράλληλα, ιδίως κατά τους δύο πρώτους μήνες αποικοδόμησης σημειώνεται μείωση του μοριακού βάρους των αλυσίδων του PLLAPG (34%). Η μείωση αυτή αποδίδεται στο μηχανισμό της αποικοδόμησης του PLA, που χαρακτηρίζεται από το τυχαίο, υδρολυτικό σπάσιμο των εστερικών συνδέσμων των μακρομοριακών αλυσίδων. Κατά τον πρώτο κύκλο θέρμανσης των δειγμάτων αποικοδομημένου PLLAPG εμφανίζονται έντονα ενδόθερμα φαινόμενα μοριακής χαλάρωσης η ένταση των οποίων φαίνεται να μειώνεται μετά το πέρας του τρίτου μήνα αποδόμησης. Οι Tg και Tm του PLLAPG των ικριωμάτων καταγράφονται ανεπηρέαστες κατά τους δύο κύκλους θέρμανσης. Η ενδόθερμη καμπύλη που καταγράφεται κατά την τήξη των κρυστάλλων, εμφανίζει σημαντική αύξηση με το πέρας του χρόνου αποικοδόμησης. Το γεγονός αυτό αποδίδεται στην αναμενόμενη αύξηση της κρυσταλλικότητας του PLLAPG λόγω της κατά προτεραιότητα αποικοδόμησης των άμορφων περιοχών του δείγματος. Όσον αφορά στις θερμικές μεταπτώσεις των αποικοδομημένων ικριωμάτων διαπιστώθηκε αύξηση της ενθαλπίας ψυχρής κρυστάλλωση του PLLAPG κατά τους τρεις πρώτους μήνες, γεγονός, που συνδέεται όπως προαναφέρθηκε με την αποικοδόμηση της άμορφης φάσης του PLLA, στα πρώτα στάδια της αποικοδόμησης. Παράλληλα, κατά το δεύτερο κύκλο θέρμανσης εμφανίζεται κορυφή ψυχρής κρυστάλλωσης με τάση μετατόπισης σε χαμηλότερες θερμοκρασίες με το πέρας του χρόνου αποικοδόμησης. Η ΔΗcc αυξάνεται σημαντικά και κατά τους τρεις μήνες που παρακολουθούνται τα ικριώματα.	el
heal.advisorName	Ταραντίλη, Πετρούλα	el
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Ταραντίλη, Πετρούλα	el
heal.committeeMemberName	Δέρβος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	145
heal.fullTextAvailability	true