خواص پلیمرهای هوشمند یا پاسخگو به محرک دچار تغییرات وسیع برگشت پذیری می شود(اعم از فیزیکی و شیمیایی) که نتیجه یک تغییر کوچک زیست محیطی می‌باشد. آنها می توانند پاسخگو به محرک های مختلفی از قبیل دما، pH، میدان الکتریکی یا مغناطیسی، شدت نور، مولکول های زیستی و غیره باشند که در نتیجه باعث تغییرات ماکروسکوپی سریع، ابعادی و فیزیکی اغلب برگشت پذیر در رنگ، نفوذپذیری، شکل و امثال آن در اثر قرارگیری در معرض کوچکترین اثر یک محرک معین باشد.

پلیمرهای هوشمند بر اساس حالت فیزیکی خود به سه دسته تقسیم می شوند

1. ماکروملوکول های هوشمند محلول و خطی، که پلیمر در اثر محرک می‌تواند به طور برگشت پذیر دچار فروپاشی ساختار شود.

2. شبکه های هوشمند دارای پیوند عرضی، که رفتار تورم آنها تحت تاثیر محیط اطراف آنها قرار می گیرد.

3. سطوح هوشمند، که پلیمرهای روی سطح دچار فروپاشی و تورم به طور برگشت پذیر می شوند و می توانند سطح مشترک را از حالت آبدوست به آبگریز و برعکس تبدیل کنند.

تمامی این تغییرات می تواند برای طراحی سیستم های هوشمند که در کاربردهای متعدد از جمله سیستم های تزریقی با حداقل تهاجم، سیستم دارو رسانی و بسترهایی جدید در زمینه کشت سلولی یا مهندسی بافت استفاده شوند.

شکل ۱- a) ماکروملوکول های هوشمند محلول و خطی b) سطوح هوشمند c) شبکه های هوشمند دارای پیوند عرضی

انواع پلیمرهای هوشمند و کاربردهای آن‌ها

در حقیقت، محر کها مانند دما، میدان مغناطیسی یا الکتریکی یا نیروی مکانیکی روی منابع مختلف انرژی درون ساختار پلیمر اثر می گذارند و برهمکنش های مولکولی را در نقاط بحرانی یا نقطه انتقال تغییر می دهند.

پلیمرهای حساس به دما

پلیمرهای حساس به دما پلیمرهایی هستند که با تغییرات دما در خواص فیزیکی آن ها تغییرات جدی و ناپیوسته ای به وجود می آید. پلیمرهای حساس به دما دارای دو دمای محلول بحرانی پایینی(LCST) و دمای محلول بحرانی بالایی(UCST) می باشند که بسته به رفتار انتقالی خود از حالت تک فازی به چند فازی و برعکس هنگام افزایش دما از خود نشان می‌دهند. پلیمرهای LCST به طور گسترده ای مورد بررسی قرار گرفته است در حالی که پلیمرهای UCST کاملا نادر است. از پلیمرهای LCST می توان به پلی آکریل آمید، پلی وینیل آمید و پلی (الیگو اتیلن گلیکول متاکریلات) اشاره کرد.

پلیمرهای حساس به نور

پلیمرهای حساس به نور دچار تغییرات برگشت پذیر یا برگشت ناپذیر در ساختار، قطبیت، amphiphilicity، بار، کایرالیتی نوری، مزدج شدن و غیره، در اثر پاسخ به یک محرک نوری می شوند.

هیدروژل های پلیمری

هیدروژل‌ها دسته‌ای از مواد پلیمری با ساختار شبکه‌ای (پیوندهای عرضی فیزیکی یا شیمیایی) هستند که قابلیت تورم و جذب آب بالایی دارند. هیدروژل های پلیمری نقش مهمی در توسعه بیومتریال های جدید بازی می‌کنند. یک مثال در این مورد الاستومرها و ژل های پلیمری پاسخگو به مغناطیس هستند که در آن‌ها نانوذرات مغناطیسی در یک ماتریس پلیمری با الاستیسیته بالا پراکنده شده اند.

میدان مغناطیسی به سرعت ماتریس پلیمری را بدون هیچ صدا، تحول گرمایی تغغیر شکل می دهد که در نتیجه این مواد گزینه ای مناسب برای تهیه سنسورها، میکرو دستگاه ها، دستگاه های تبدیل انرژی، سیستم های انتشار کنترل شده و یا حتی عظلات مصنوعی می‌باشند.

شکل۲ – کاربرد ژل های پلیمری پاسخگو به مغناطیس در سیستم های انتشار کنترل شده دارو

پلیمرهای پاسخگو به مواد زیستی

انتقالات ماکروسکوپی در پلیمرها می‌تواند در اثر فعل و انفعالات مواد زیستی به وجود آید که به اصطلاح پلیمرهای پاسخگو به مواد زیستی نامیده می‌شود. این مواد گیرنده هایی را برای مولکول های زیستی فراهم می کند که هنگام تحریک شدن، تغییرات موضعی در خواص مواد ایجاد می‌کند.

نمونه ای از این پلیمرها، پلیمرهای پاسخگو به کاتالیزهای آنزیمی می باشند. این پلیمرها پاسخ برگشت پذیر و شاخصی نسبت به محرک از خود نشان می‌دهند که در نتیجه گزینه‌ای مناسب برای فرمولاسیون بیومتریال های جدید مانند سیستم های دارو رسانی هستند.

پلیمرهای حافظه شکلی

پلیمرهای حافظه شکلی قابلیت به خاطر سپردن شکل اولیه و بازگشت به آن را حتی پس از تغییر شکلهای نسبتا زیاد دارند. در ابتدا این پلیمرها به طور معمول فراورش می‌شوند تا شکل دائمی آنها مشخص شود. آنگاه با گرم کردن آنها تا بیش از دمای انتقال (Tm یا Tg ) در اثر کار مکانیکی، شکل جدید دلخواهی می یابند که با کاهش دما به زیر دمای انتقال، این شکل جدید یا موقت می‌تواند حفظ شود.

در این حالت، شکل دائمی در نمونه بالقوه ذخیره می‌شود، در حالی که شکل موقت نمونه به نمایش گذاشته شده است که این فرایند را برنامه ریزی می‌خوانند. گرم کردن مجدد پلیمر تا بیش از دمای انتقال باعث بازگشت آن به شکل دائمی ذخیره و ازبین رفتن شکل موقت می‌شود. این سازوکار می‌تواند با توجه به دمای انتقال پلیمر استفاده شده، کاربردهای اختصاصی داشته باشد. از جمله کاربردهای آن در صنعت پزشکی، هوا فضا، منسوجات، مهندسی، لیتوگرافی و محصولات خانگی می باشد.

شکل ۳- استنت‌های پلیمری: استنت‌های پلیمری مانع گرففتگی عروق می‌شود و با کمترین آسیب رساندن به بدن، با رسیدن به محل مورد نظر افزایش حجم می‌دهد.

شکل۴- نخ بخیه خود گره خور:همان طور که در شکل مشاهده می‌شود این پلیمر زیست تخریب پذیر در عرض ۲۰ ثانیه در دمای Co 41 مطابق الگوی فوق تغییر شکل می‌دهد.

پلیمرهای خود ترمیم

هنگامی که مواد پلیمری تحت انواع آسیب‌های احتمالی در اثر عواملی مانند فشار، ضربه، خستگی و خراش‌های سطحی قرار گیرند، ممکن است تخریب شوند. اما از آنجا که دسترسی به منطقه آسیب دیده در بسیاری از مواد پلیمری به منظور تشخیص و ترمیم غیرممکن است، نیاز به ایجاد قابلیت خود ترمیمی در مواد پلیمری به وجود آمده است.

این خاصیت ممکن است به طور ذاتی (با اعمال گرما یا حلال) یا به وسیله عوامل افزوده شده خارجی (توزیع ریزکپسو لها، الیاف توخالی یا ساختارهای شبکه ای حاوی آغازگر و کاتالیزور در ساختار ماتریس) در ماده وجود داشته باشد.

شکل ۵- مراحل ترمیم ترک در سیستم های حای میکروکپسول و کاتالیزور

منبع : پلیم پارت