Thermal and dielectric properties of hydrogels produced via the combination of alginate derivatives and deep eutectic solvents

Mavropoulou, Maria Nefeli; Μαυροπούλου, Μαρία Νεφέλη

dc.contributor.author	Mavropoulou, Maria Nefeli	en
dc.contributor.author	Μαυροπούλου, Μαρία Νεφέλη	el
dc.date.accessioned	2024-11-08T09:24:51Z
dc.date.available	2024-11-08T09:24:51Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60396
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28092
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Alginate	en
dc.subject	Hydrogels	en
dc.subject	Natural Deep Eutectic Solvents (NADES)	en
dc.subject	Lactic Acid	en
dc.subject	Glucose	en
dc.subject	Leaf Extract Relative Humidity (RH)	en
dc.subject	Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS)	en
dc.subject	Differential Scanning Calorimetry (DSC)	en
dc.subject	Εκχύλισμα φύλλων ελιάς	el
dc.subject	Αλγινικό οξύ	el
dc.subject	Φυσική διασταύρωση	el
dc.subject	Υδρογέλες	el
dc.subject	Σχετική Υγρασία (RH)	el
dc.subject	Διηλεκτρική Φασματοσκοπία (BDS)	el
dc.subject	Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης (DSC)	el
dc.subject	Τήξη	el
dc.subject	Φυσικοί Βαθέως Ευτηκτικοί Διαλύτες (NADES)	el
dc.subject	Γαλακτικό οξύ	el
dc.subject	Ψυχρή Κρυστάλλωση	el
dc.subject	Υαλώδη Μετάβαση	el
dc.subject	Crystallization	en
dc.subject	Physical-Crosslinking	en
dc.subject	Cold Crystallization	en
dc.title	Thermal and dielectric properties of hydrogels produced via the combination of alginate derivatives and deep eutectic solvents	en
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Θερμικές και διηλεκτρικές ιδιότητες υδρογελών που παράγονται από παράγωγα αλγινικού οξέος και σύμπραξη βαθέως ευτηκτικών διαλυτών	el
heal.classification	Biopolymer physics	en
heal.language	en
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-08
heal.abstract	The present MSc thesis investigates the synthesis and characterization of alginate hydrogels based on Natural Deep Eutectic Solvents (NADES). Alginate, an anionic, hydrophilic polysaccharide extracted from brown seaweed, is known for its non-toxic, abundant, stable, biodegradable, and biocompatible properties, as well as its high mechanical strength and adsorption capacity. These qualities make alginate an excellent gel-forming material, capable of holding large amounts of water, and suitable for various applications, particularly in the biomedical field. Natural Deep Eutectic Solvents (DES) represent a green solvent category, consisting of a liquid mixture of two or more natural compounds that, in a specific ratio, exhibit a significantly lower melting point than the individual starting materials. In the studied system, alginate serves as the gelator, forming a three-dimensional insoluble network that immobilizes the liquid phase of NADES, which is composed of glucose, lactic acid, and water (Glu:LA:W), while still allowing its diffusion through the network, creating gels. Significantly, NADES act as a cross-linking agent, creating links between alginate chains, and increasing the final material’s rigidity and stability. These gels usually preserve the intrinsic properties of the dispersed liquid phase, specifically of DES, including thermal stability, low volatility, nonflammability, electrochemical and chemical stability, stretchability, transparency, biocompatibility, antimicrobial properties, high ionic conductivity, and good solvation. Moreover, another alginate hydrogel was synthesized, incorporating an olive leaf extract prepared using the same NADES as a solvent. The synthesis and formation of the hydrogels were conducted in the Laboratory of Organic Chemistry at the School of Chemical Engineering, National Technical University of Athens (NTUA). The research focuses on the thin-film hydrogels’ thermal and dielectric properties (glass transition, crystallization, melting, dielectric permittivity, and electrical conductivity) at varying water hydration levels. After synthesis, the hydrogels were dried to remove all water, and their water adsorption capacity was analyzed under different relative humidity conditions, influencing their dielectric and thermal behaviors. The study was conducted using Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS) at the School of Applied Mathematical and Physical Sciences, National Technical University of Athens (NTUA). The different hydration levels of the samples were achieved by exposure to saturated atmospheres of salt solutions with specific relative humidity (33%, 65%, 85%, and 98%) in airtight jars for 5–6 days to equilibrate to constant weight.	en
heal.abstract	Στη παρούσα μεταπτυχιαϰή εργασία παρασϰευάστηϰαν ϰαι μελετήϑηϰαν υδρογέλες αλγινιϰού οξέως με σύμπραξη Φυσιϰών Βαϑέως Ευτηϰτιϰών Διαλυτών (NADES). Το αλγινιϰό οξύ ως ένας ανιοντιϰός, υδρόφιλος πολυσαϰχαρίτης που εξάγεται από ϰαφέ φύϰια, χαραϰτηρίζεται για τις μη τοξιϰές, άφϑονες, σταϑερές, βιοδιασπώμενες, ϰαι βιοσυμβατές ιδιότητές του, ϰαϑώς ϰαι για την υψηλή μηχανιϰή αντοχή ϰαι την ιϰανότητα προσρόφησης τους. Αυτά τα χαραϰτηριστιϰά ϰαϑιστούν το αλγινιϰό οξύ ένα εξαιρετιϰό υλιϰό για τη δημιουργία γελών, ιϰανών να διατηρούν μεγάλες ποσότητες νερού στη δομή τους, όπου ϰαι χρησιμοποιούνται για ποιϰίλες εφαρμογές, ιδίως στον τομέα της βιοϊατριϰής. Οι Φυσιϰοί Βαϑέως Ευτηϰτιϰοί Διαλύτες (ΝΑDES) αποτελούν μια νέα ϰατηγορία πράσινων διαλυτών, οι οποίοι αποτελούν ένα υγρό μείγμα δύο ή περισσότερων φυσιϰών ενώσεων, όπου σε συγϰεϰριμένη αναλογία, εμφανίζουν σημαντιϰά χαμηλό σημείο τήξης. Το αλγινιϰό οξύ, στο συγϰεϰριμένο σύστημα, χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός τρισδιάστατος αδιάλυτου διϰτύου όπου έχει την δυνατότητα να αϰινητοποιήσει στη δομή του το υγρό μείγμα του NADES, το οποίο αποτελείται από γλυϰόζη, γαλαϰτιϰό οξύ ϰαι νερό (Glu:LA:W). Ταυτόχρονα, το αλγινιϰό δίνει την δυνατότητα στο NADES να διαχυϑεί μέσα στο στερεό αυτό διϰτύο, δημιουργώντας μια γέλη. Επιπλέον, η χρήση των NADES ως παράγοντα διασταύρωσης, δίνει την δυνατότητα δημιουργίας δεσμών μεταξύ των αλγινιϰών αλυσίδων, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η αϰαμψία ϰαι η σταϑερότητα της γέλης. Γενιϰά, αυτά τα υλιϰά συνήϑως διατηρούν τις εγγενείς ιδιότητες του διασϰορπισμένου υγρού, στην προϰειμένη περίπτωση του NADES, συμπεριλαμβανομένων της ϑερμιϰής σταϑερότητας, της χαμηλής πτητιϰότητας, της μη αναφλεξιμότητας, της ηλεϰτροχημιϰής σταϑερότητας, της ελαστιϰότητας, της διαφάνειας, της βιοσυμβατότητας, των αντιμιϰροβιαϰών ιδιοτήτων, της υψηλής ιοντιϰής αγωγιμότητας, ϰαι της ϰαλής διαλυτότητας τους. Επιπλέον, συντέϑηϰε ϰαι μια αϰόμη αλγινιϰή υδρογέλη, η οποία ενσωμάτωσε εϰχύλισμα φύλλων ελιάς χρησιμοποιώντας το ίδιο NADES ως διαλύτη. Η σύνϑεση ϰαι ο σχηματισμός των υδρογελών πραγματοποιήϑηϰαν στο Εργαστήριο Οργανιϰής Χημείας της Σχολής Χημιϰών Μηχανιϰών του Εϑνιϰού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ). Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση των ϑερμιϰών ϰαι διηλεϰτριϰών ιδιοτήτων αυτών των υλιϰών, συμπεριλαμβανομένων της υαλώδους μετάβασης, την ϰρυστάλλωση, την τήξη ϰαϑώς ϰαι την μέτρηση της διηλεϰτριϰή διαπερατότητας ϰαι ηλεϰτριϰής αγωγιμότητας τους, σε διάφορα επίπεδα ενυδάτωσης τους με νερό. Συγϰεϰριμένα, μετά τη σύνϑεση τους, οι υδρογέλες ξηράϑηϰαν, για την απομάϰρυνση υπολειπόμενου νερού από την δομή τους ϰαι στη συνέχεια αναλύϑηϰε η ιϰανότητά τους για προσρόφηση νερού υπό διαφορετιϰές συνϑήϰες σχετιϰής υγρασίας. Η παραπάνω μελέτη πραγματοποιήϑηϰε με τη χρήση δύο διαφορετιϰών τεχνιϰών: α) Διαφοριϰής Θερμιδομετρίας Σάρωσης (DSC) ϰαι β) Διηλεϰτριϰής Φασματοσϰοπίας (BDS), στη Σχολή Εφαρμοσμένων Μαϑηματιϰών ϰαι Φυσιϰών Επιστημών του Εϑνιϰού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ). Τα διαφορετιϰά επίπεδα ενυδάτωσης των δειγμάτων επιτεύχϑηϰαν με την έϰϑεση τους σε ϰορεσμένες ατμόσφαιρες διαλυμάτων αλάτων σε συγϰεϰριμένη σχετιϰή υγρασία (33%, 65%, 85% ϰαι 98%), όπου ϰαι αφέϑηϰαν μέσα σε αεροστεγή βάζα, για 5–6 ημέρες ώστε να εξισορροπηϑούν σε σταϑερό βάρος.	el
heal.advisorName	Kyritsis, Apostolos	en
heal.advisorName	Κυρίτσης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Kyritsis, Apostolos	en
heal.committeeMemberName	Detsi, Anastasia	en
heal.committeeMemberName	Kontou, Evangelia	en
heal.committeeMemberName	Κυρίτσης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Κοντού, Ευαγγελία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false