Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Fizyka w mikroskali, czyli o kroplach Pickeringa, mikrokapsułkach oraz strukturach liquid marbles

Kubiak Tomasz

Postępy Fizyki

|

2024

|

T. 75, z. 2

17--25

PL

Mikrostruktury typu rdzeń-powłoka ze względu na ogromny potencjał aplikacyjny są coraz powszechniej wytwarzane i badane przez fizyków. Szczególne zainteresowanie budzą sferyczne obiekty złożone z ciekłego rdzenia i zaadsorbowanych na jego powierzchni cząstek stałych, które tworzą otoczkę. Tak zbudowane krople Pickeringa, mikrokapsułki oraz struktury liquid marbles zdolne są do bezpiecznego transportowania i kontrolowanego uwalniania substancji aktywnych, w tym leków przeciwnowotworowych. W niniejszym artykule przedstawiono metodę, wykorzystującą pole elektryczne do formowania kropli Pickeringa zarówno z powłoką jednorodną, jak i heterogeniczną (janusową oraz łaciatą). Omówiono również sposób wzmacniania pokrycia wspomnianych kropli w celu uzyskania mikrokapsułek oraz strategię kontrolowanego wyzwalania ich zawartości z wykorzystaniem bodźca ultradźwiękowego. W ostatniej części tekstu przybliżono metody formowania i funkcjonalizowania struktur liquid marbles.

EN

Core-shell microstructures due to their great application potential are increasingly produced and studied by physicists. Spherical objects composed of a liquid core and solid particles adsorbed on its surface and forming a shell are of particular interest. Pickering droplets, microcapsules and liquid marbles that have such a structure are capable of safely transporting and controlled release of active substances, including anticancer drugs. This article presents an electric field based method of forming Pickering droplets both with a homogeneous and heterogeneous (Janus and patchy) coating. The method of strengthening the shells of the mentioned droplets in order to obtain microcapsules and the strategy of controlled release of their content using an ultrasonic stimulus are also discussed. The last part of the text shows the techniques of forming and functionalizing liquid marbles.

2

Autonomous self-healing coating of PMMA microcapsules filled with epoxy

Mohammed Alaa Fares, Hamza Ahmed Fadhil, Al-Kawaz Ammar Emad

Diagnostyka

|

2022

|

Vol. 23, No. 1

no. art. 2022108

EN

Composites that owns healing property has acquired wide range of application especially in coatings. Microcapsules embedded coatings provide both damage protection and damage management imposing itself among the sophisticated applications. Although the microcapsules coatings have spectacular aspect, their effect on coating properties still under study due the broad properties variation of microcapsules. In this work, PMMA microcapsules filled with Bisphenol-A epoxy is incorporated into epoxy coating. The coating is self-healing and can be used for anti-corrosion applications. The properties of the prepared coating were investigated via scratch test and through microhardness test and the healing process is monitored through optical microscope. The investigation shows that embedding microcapsules into epoxy matrix will achieve both in self-healing coating and better performance.

3

Biomimetic alginate/perfluorocarbon microcapsules - tthe effect on in vitro metabolic activity and long-term cell culture

Stefanek Agata, Kulikowska-Darłak Aleksandra, Bogaj Karolina, Nowak Aleksandra, Dembska Joanna, Ciach Tomasz

Chemical and Process Engineering

|

2022

|

Vol. 43, nr 1

81-–95

EN

Cell encapsulation seems to be a promising tool in tissue engineering. However, it has been shown to have several limitations in terms of long-term cell cultures due to an insufficient oxygen supply. In this study we propose the use of novel microcapsules designed for long-term cell culture consisting of an alginate shell and perfluorocarbon (PFC) core, which works as a synthetic oxygen carrier and reservoir. The influence of PFC presence in the culture as well as the size of structures on cell metabolism was evaluated during 21-day cultures in normoxia and hypoxia. We showed significant improvement in cell metabolism in groups where cells were encapsulated in hydrogel structures with a PFC core. The cells maintained a typical metabolism (oxidative phosphorylation) through all 21 days of the culture, overcoming the oxygen supply shortage even in large structures (diameter ¡ 1 mm). Applying PFC in alginate matrices can improve cell metabolism and adaptation in long-term cell cultures.

4

Produkcja mikrokapsułek stosowanych w bioremediacji oraz wspomaganiu wzrostu roślin

Pawlewicz Adrianna, Włóka Dariusz, Kacprzak Małgorzata

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2019

|

T. 22, nr 1

27--39

EN

This publication contains a short description of the immobilization process. The advantages and disadvantages of immobilizing biological factors have been mentioned. The carriers used (mainly sodium alginate) have been described. Techniques used to carry out immobilization (using a carrier or not) are presented. Also discussed is a prototype microcapsule production plant that can be used in many industries, including food, cosmetics and pharmaceutical. Produced microcapsules, depending on the factors subjected to immobilization (chemical substances or microorganisms), can be used in bioremediation or in supporting plant growth. Due to the use of microcapsules, the immobilized medium is separated from the reaction medium. In the case of microorganisms, this results in an increase in their lifetime because fluctuations of some process parameters (eg temperature, pH, nutrient composition) do not affect them directly. Immobilized microorganisms, such as PGPR bacteria, can stimulate plant growth through the production of phytohormones, fight against pathogens and induce their systemic immunity. While, the use of microcapsules, with immobilized microorganisms, in bioaugmentation processes will allow them to provide optimal development conditions and extend their lifespan, thus extending their duration. The costs incurred will decrease because the number of repetitions will be reduced. The interest in using microcapsules in biotechnological processes, and not only, is increasing. They become an alternative to traditional techniques.

PL

Celem publikacji jest dokonanie charakterystyki przemysłowego procesu immobilizacji substancji aktywnych przeznaczonych do użytku środowiskowego (bioremediacja, rolnictwo). W pracy omówiono wady i zalety unieruchomienia czynników biologicznych. Opisano także stosowane nośniki (głównie jest to alginian sodu) oraz przedstawiono techniki stosowane do przeprowadzenia immobilizacji (z wykorzystaniem nośnika). Omówiono również prototypową instalację do wytwarzania mikrokapsułek, które mogą być stosowane w wielu gałęziach przemysłu, m.in. spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym. Wyprodukowane mikrokapsułki, w zależności od czynników poddanych immobilizacji (substancje chemiczne lub mikroorganizmy), mogą być stosowane w bioremediacji lub we wspomaganiu wzrostu roślin. Dzięki zastosowaniu mikrokapsułek immobilizowany czynnik oddzielony jest od środowiska reakcji. W przypadku mikroorganizmów skutkuje to wydłużeniem ich żywotności, ponieważ wahania niektórych parametrów procesu (np. temperatura, pH, skład pożywki) nie wpływają na nie bezpośrednio. Immobilizowane mikroorganizmy, takie jak bakterie PGPR, mogą stymulować wzrost roślin poprzez produkcję fitohormonów, zwalczanie patogenów oraz indukcję ich odporności systemicznej. Natomiast wykorzystanie mikrokapsułek z unieruchomionymi mikroorganizmami w procesach bioaugmentacji pozwoli na zapewnienie im optymalnych warunków rozwoju oraz wydłużenie ich żywotności, a poprzez to wydłuży czas ich działania. Zainteresowanie wykorzystaniem mikrokapsułek alginianowych w procesach biotechnologicznych zwiększa się; stają się one alternatywą dla tradycyjnych technik immobilizacji.

5

Poly(urea-formaldehyde) microcapsules – synthesis and influence of stirring speed on capsules size

Bolimowski P. A., Kozera R., Boczkowska A.

Polimery

|

2018

|

T. 63, nr 5

339--346

EN

Microcapsules from commercially available epoxy resin (Epidian® 52) and an organic solvent (ethylphenylacetate, EPA), for application to self-healing epoxides, were prepared. Poly(urea-formaldehyde) microcapsules containing the active ingredients were prepared using in situ polymerization in an oil-in-water emulsion. The prepared capsules were characterized by scanning electron microscope (SEM) for their surface morphology and size distribution. Thermogravimetric analysis (TGA) has been carried out to determine their thermal stability and maximum processing temperature. Moreover, the influence of stirring speed on their size distribution was investigated in predefined conditions. It is demonstrated that microcapsules can be easily prepared using the literature methodology and that the urea-formaldehyde polymer is a good barrier for the enclosed epoxy resin–organic solvent. Performed experiments suggest that size of microcapsules can be controlled by the stirring speed of the emulsion and that the capsules are thermally stable up to 140 °C for 24 hours. Additional studies showed that microcapsules exhibit excellent interface with a commercial epoxy resin matrix cured at elevated temperatures what is desired in their further application.

PL

Otrzymano polimerowe mikrokapsułki zawierające mieszaninę żywicy epoksydowej (Epidian®52) i rozpuszczalnika organicznego (fenylooctan etylu, EPA) przeznaczone do zastosowań w samonaprawiających się materiałach epoksydowych. Kapsułki przygotowano z wykorzystaniem techniki polikondensacji mocznika i formaldehydu w emulsji oleju w wodzie. Metodą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) analizowano morfologię powierzchni wytworzonych kapsułek i określano rozrzut ich wymiarów. Stabilność kapsułek w podwyższonej temperaturze oraz maksymalną temperaturę przetwórstwa wyznaczano termograwimetrycznie (TGA). Badano też wpływ szybkości mieszania wyjściowej mieszaniny surowców na rozrzut wymiarów otrzymanych kapsułek. Stwierdzono, że stosowana żywica mocznikowo-formaldehydowa stanowi warstwę barierową (ścianę kapsułki) dla inkludowanych mieszanin epoksydów z rozpuszczalnikiem organicznym. Wykazano, że zastosowanie odpowiedniej prędkości mieszania składników podczas emulsyfikacji pozwala na zmniejszenie rozrzutu wymiarów kapsułek. Otrzymane kapsułki są termicznie stabilne do temperatury 140 °C w ciągu 24 h. Stwierdzono też, że warstwa powierzchniowa kapsułek jest silnie związana z żywicą epoksydową usieciowaną w podwyższonej temperaturze, co jest korzystne w ich dalszych zastosowaniach.

6

Impregnation of Microencapsulated Aroma Oil on Ramie Blended Terry Textile and its Bending Rigidity

Petrulyte S., Plascinskiene D., Petrulis D.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2017

|

Vol. 25, no. 4 (124)

95--101

EN

An aroma agent containing eucalyptus essential oil was used for the development of a smart terry textile. The performance of terry woven fabric with microcapsules in relation to varied amounts of binder as well as the weft density of the fabric was evaluated. By SEM analysis it was confirmed that microcapsules really covered the terry textile. The bending rigidity and coefficient of anisotropy of samples modified with microcapsules and untreated ones were assessed. Due to additive components such as microcapsules and binder, the bending rigidity of terry fabric increased by even 5.1-12.8 times in the weft direction and by 5.3-14.0 times in the warp direction compared with grey ones. The research developed an analysis and empiric mathematical model suitable for predicting of binding rigidity as well as designing new terry fabrics with required binding properties.

PL

W pracy poddano ocenie wyroby frotowe impregnowane mikrokapsułkami zawierającymi oleje aromatyczne w odniesieniu do różnych stężeń lepiszcza (20, 35, 50, 65, 80, and 95 g/dm3) oraz gęstości wątku. Za pomocą analizy SEM potwierdzono pokrycie wyrobu mikrokapsułkami. Porównano sztywność zginania i współczynnik anizotropii próbek niemodyfikowanych i impregnowanych mikrokapsułkami. Dzięki dodatkowym składnikom, takim jak mikrokapsułki i lepiszcze, sztywność zginania wyrobów frotowych wzrosła nawet 5,1-12,8 krotnie w kierunku wątku i 5,3-14,0 krotnie w kierunku osnowy w porównaniu z wyrobami niemodyfikowanymi.

7

Charpy impact tests of epoxy matrix filled with poly(urea-formaldehyde) microcapsules for self-healing appplications

Bolimowski P. A., Kozera R., Kozera P., Boczkowska A.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 4

206--210

EN

Smart self-healing epoxides have attracted immense interest in the industry due to their capability to prevent crack propagation and increase material service life. Self-healing can be achieved via a number of approaches, where microcapsule-based systems are deemed to be the closest to market implementation. The work presented here demonstrates the effect of polymeric microcapsules made of poly(urea-formaldehyde) on the Charpy impact resistance of a standard epoxy matrix. Poly(urea-formaldehyde) microcapsules containing epoxy resin (EPIDIAN 52) and organic solvent (Ethyl phenylacetate) were prepared using in-situ polymerisation in an oil-in-water emulsion as described in the literature. The Charpy impact tests were performed on specimens made of neat epoxy resin (EPIDIAN 52) - amine hardener (Z1) as well as for the epoxy filled with microcapsules with 1, 2.5, 5, 10 and 25 wt.%. The test results have shown that the presence of brittle and spherical additives has a detrimental effect on the mechanical properties of the polymer, resulting in a maximum 80% reduction in impact strength for the samples with the highest content of microcapsules. In addition, the fracture surfaces of the impacted specimens were investigated using a Scanning Electron Microscope (SEM). Significant differences were observed between the reference samples and those containing microcapsules, particularly when the microcapsule weight fraction is high.

PL

Polimery epoksydowe zdolne do samonaprawiania cieszą się dużym zainteresowaniem przemysłu dzięki ich zdolnościom do hamowania propagacji pęknięć, przez co wydłużają żywotność materiału w trakcie jego eksploatacji. Zdolność polimeru do samonaprawiania może być osiągnięta w różny sposób. Spośród różnych systemów samonaprawiania wykorzystanie mikrokapsułek wydaje się być najbliższe możliwości ich praktycznego zastosowania w przemyśle. W niniejszej pracy zbadano wpływ polimerowych mikrokapsułek wykonanych z poli(moczniko-formaldehydu) na odporność udarową standardowej żywicy epoksydowej, mierzoną metodą Charpy’ego. Poli(mocznikowo-formaldehydowe) mikrokapsułki zawierające żywicę epoksydową (EPIDIAN 52) oraz rozpuszczalnik organiczny (etylofenylooctan) zostały wytworzone metodą polimeryzacji w wodnej emulsji znanej z literatury. Udarność metodą Charpy’ego została zbadana dla żywicy epoksydowej (EPIDIAN 52) utwardzanej aminowym utwardzaczem (Z1) bez i z zawartością 1, 2,5, 5, 10 i 25% wagowych mikrokapsułek. Wykonane badania wykazały, że obecność kruchych i sferycznych dodatków ma niekorzystny wpływ na właściwości mechaniczne polimeru, powodując maksymalnie 80% spadek udarności dla próbek o najwyższej zawartości mikrokapsułek. Ponadto kruche przełomy zostały poddane obserwacjom mikroskopowym za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Stwierdzono znaczące różnice pomiędzy próbkami referencyjnymi a modyfikowanymi mikrokapsułkami, w szczególności przy dużej zawartości mikrokapsułek.

8

Preparation of Microencapsulated Phase Change Materials by the Sol-gel Process and Its Application on Textiles

Liu X., Lou Y

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2015

|

Vol. 23, no. 2 (110)

63—67

EN

A kind of microencapsulated phase change materials (PCMs) based on a paraffin core and inorganic silica shell was designed to enhance thermal conductivity and phase change performance. These silica microcapsules were synthesised by using tetraethoxysilane (TEOS) as an inorganic source through the sol-gel process. Scanning electronic microscopy images suggested that the silica microcapsules exhibited a spherical morphology with a welldefined core-shell microstructure. The particle size and distribution showed the microcapsules were uniform and dispersed evenly. It was confirmed by Fourier transform infrared spectra that the silica shell material was successfully fabricated onto the surface of the paraffin core. The DSC curve illustrated that the microcapsules with a silica shell had a higher melting temperature and enthalpy. The thermo-regulating properties of the coated fabric changed with the microcapsule weight added.

PL

W celu zwiększenia przewodności cieplnej i wydajności przemiany fazowej stworzono materiał zmiennofazowy w mikrokapsułkach zbudowany z parafinowego rdzenia i krzemionkowej powłoki. Mikrokapsułki zsyntetyzowano stosując tetraetoksysilan jako nieorganiczne źródło w procesie zol-żel. Z analizy zdjęć mikroskopowych wynika, że mikrokapsułki wykazywały morfologię sferyczną o dobrze zdefiniowanej mikrostrukturze rdzeń-powłoka. Wielkość i rozkład cząstek wskazują na to, że mikrokapsułki były jednolite i rozproszone równomiernie. Poprzez transformację Fouriera widm IR potwierdzono, że krzemionkowa powłoka została korzystnie umieszczona na powierzchni rdzenia parafinowego. Przebieg krzywej DSC pokazuje, że mikrokapsułki z krzemionkową powłoką mają wyższą temperaturę topnienia i entalpii. Właściwości termo-regulacyjne powlekanej tkaniny zmieniają się wraz z ilością dodanych mikrokapsułek.

9

Otrzymywanie biodegradowalnych mikrokapsułek polimerowych z udziałem glutationu

Kozłowska A.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2012

|

[R.] 18, nr 6

595-597

PL

Glutation odgrywa główną rolę w utrzymaniu fizjologicznej równowagi między prooksydantami i antyoksydantami, co decyduje o życiu i śmierci komórek. Sam GSH nie może być stosowany w celach terapeutycznych doustnie ponieważ nie ulega transportowi przez błonę komórkową. Obecnie obserwuje się intensywne poszukiwania możliwości modulowania poziomu GSH w komórkach. Dlatego też, jednym z ciekawych rozwiązań może być dostarczanie do organizmu mikrokapsułek zawierających ten tripeptyd. Otoczka mikrokapsułki powinna być wykonana z biokompatybilnego i biodegradowalnego materiału. Takim przykładem mogą być poliestry alifatyczne otrzymywane z estrów butylenowych kwasów bursztynowego lub sebacynowego oraz dimeryzowanego kwasu tłuszczowego, które doskonale nadają się do technologii mikroenkapsulacji.

EN

Glutathione plays a key role in maintaining a physiological balance between prooxidants and antioxidants, crucial for the life and death of a cell. GSH itself cannot be used as a therapeutic since it is not transported through plasma membranes. For this reason, there is currently an intensive search for possibilities of modulating cellular glutathione levels. Therefore, one of the interesting solutions could be delivered to the organism the microcapsules containing this tripeptide. Microcapsule coating should be made of biocompatible and biodegradable material. Such example are aliphatic polyesters derived from butylene esters of succinic acid or sebacic acid and dimerized fatty acid, which are suitable for microencapsulation technology.

10

Materiały samonaprawiające się stymulowane mechanicznie – przegląd osiągnięć

Mrowiec K.

Farby i Lakiery

|

2012

|

nr 5

8--14

PL

Materiały samonaprawiające się należą do materiałów inteligentnych, które ze względu na swą strukturę wewnętrzną wykazują zdolnoœć do regeneracji powstających w czasie użytkowania uszkodzeń mechanicznych. Materiały samonaprawiające się (polimerowe, ceramiczne) pozwalają na znaczne wydłużenie żywotności części z nich wykonanych oraz pomagają obniżyć koszty produkcji i eksploatacji. Koncepcje ich tworzenia zaczerpnięte zostały z układów biologicznych. W artykule przedstawiono trzy podstawowe i najszerzej opisywane koncepcje tworzenia materiałów samonaprawiających się, regenerujących się w wyniku stymulacji mechanicznej przez naprężenia powstające w trakcie powstawania mikropęknięć lub zarysowañ materiału. Materiałami opisywanymi w niniejszym artykule są materiały tworzone w oparciu o mikrokapsułki, włókna kanalikowe oraz najnowocześniejsze zawierające sieci mikrokanałów w swej strukturze.

EN

Self-healing materials are smart materials, which, due to its internal structure have the ability to regenerate mechanical damage formed during theuse. Self-healing materials (polymer, ceramic) allow to greatly extend the life of parts made from them, and help reduce the cost of production and use. Concepts of its creation are taken from biological systems. The paper presents three basic and most widely studied concepts of creating self-healing materials which regenerate as a result of mechanical stimulation by the stress created during the formation of micro-cracks or scratches in material. Materials described in these paper based on a microcapsule, hollow fibers and the most modern microvascular systems.

11

Influence of changes in composition of the membrane-forming solution on the structure of alginate-polyethersulfone microcapsules

Kupikowska B., Lewińska D., Dudziński K., Jankowska-Śliwińska J., Grzeczkowicz M., Wojciechowski C., Chwojnowski A.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2009

|

Vol. 29, no. 3

61-69

EN

The aim of this study was to evaluate the effects of changes in composition of the membrane-forming solution on the structure of alginate-polyethersulfone microcapsules as determined by optical microscopy and scanning electron microscopy. The microcapsules were produced from 4 solutions of different concentrations and molecular weights of synthetic polymer (polyethersulfone, PES) and porophore (polyvinylpyrrolidone, PVP). The composition of the membrane-forming solution strongly affected the structure of microcapsules. An increase in PES concentration caused a decrease in the membrane thickness. The inner and outer layers of the membrane became thinner and denser, while the pores of the middle finger-like zone turned into more regular, channel-like structures. The size of the pores was not directly affected by the molecular weight of porophore, however, an increase in its concentration resulted in formation of the larger inner surface pores, but the smaller outer surface pores.

12

Technologia mikroenkapsulacji we włókiennictwie. Cz.I. Przegląd stanu techniki

Bendkowska W.

Przegląd Włókienniczy - Włókno, Odzież, Skóra

|

2006

|

nr 3

36-39

EN

Part I presents a basic overview of the microencapsulation science. The encapsulation techniques, structure of microcapsules and their and properties, the fixation of microcapsules to textiles are discussed. Some recent applications of microencapsulation technology in textile finishing are highlighted. Examples of each technology are described.

13

Hydrożelowe mikrokapsułki z udziałem naturalnych i chemicznie modyfikowanych oligochitozanów - właściwości mechaniczne i porowatość

Bartkowiak A., Brylak W.

Polimery

|

2006

|

T. 51, nr 7-8

547-554

PL

Podjęto próbę określenia wpływu stężenia roztworów anionowego polisacharydu oraz kationowych oligochitozanów (niemodyfikowanych bądź modyfikowanych) na niektóre właściwości otrzymywanych z nich dwuskładnikowych mikrosfer alginian sodu/kation Ca2+ i trójskładnikowych mikrokapsułek alginian sodu/kation Ca2+/oligochitozan (lub jego czwartorzędowa pochodna amoniowa). Dobór stężenia roztworów pozwala na regulowanie porowatości określanej na podstawie oznaczania górnej granicy wykluczania metodą chromatografii żelowej. Badania potwierdziły możliwość wykorzystania oligochitozanów do formowania mechanicznie stabilnych mikrokapsułek. Zastosowanie modyfikowanych oligomerów chitozanu pozwala na regulowanie zarówno wytrzymałości mechanicznej zewnętrznej membrany mikrokapsułek, jak i jej porowatości. Uzyskane hydrożelowe układy charakteryzują się dużą stabilnością wytrzymałości na ściskanie, co ustalono na podstawie badań zmęczeniowych. Zastosowanie niedestrukcyjnych badań relaksacyjnych pozwoliło na określenie wstępnych korelacji pomiędzy wytrzymałością na ściskanie i porowatością mikrokapsułek a współczynnikami równania opisującego krzywe relaksacji.

EN

Attempt has been made to determine the effect of the concentration of the solutions of anionic polysaccharides and cationic oligochitosans (modified or not) on some properties of the systems obtained. They were either binary microspheres: sodium alginate/Ca+2 cation or ternary ones: sodium alginate/Ca+2 cation/oligochitosan (or its quaternary ammonium derivatives) (Fig. 1, Table 1). Selection of solution concentration let control the porosity (determined on the basis of molar mass cut-off by gel permeation chromatography - Fig. 2). The investigations confirmed the possibility of oligochitosan applications to the formation of mechanically stable microcapsules. The use of modified oligomers let control both the mechanical strength of outer membrane of microcapsule and porosity. The prepared hydrogel systems show high stability of compression strength what was find on the basis of fatigue tests (Table 3). Non-destructive relaxation tests results allowed finding the preliminary correlation between compression strength and porosity of microcapsules and coefficients in the equation describing the relaxation curves [equation (3), Table 2, Fig. 4-6].

14

Zastosowanie technologii mikrokapsułkowania do modyfikacji powierzchni celulozowych

Żywicki S., Bartkowiak A.

Przegląd Papierniczy

|

2005

|

R. 61, nr 5

261-265

15

Binary polyelectrolyte microcapsules based on natural polysaccharides

Bartkowiak A.

Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej. Instytut Polimerów

|

2001

|

Nr 566(3)

5-102

PL

Immobilizacja materiałów w polimerowych mikrokapsułkach posiadających przepuszczalną lub półprzepuszczalną membranę, otaczającą ciekły rdzeń, w ostatnim okresie zwróciła na siebie dużą uwagę z powodu możliwości potencjalnego zastosowania w wielu gałęziach przemysłu (np. w przemyśle spożywczym, rolnictwie czy biotechnologii). Pomimo rozmaitych zastosowań, które są możliwe dzięki różnym technologiom mikrokapsułkowania, ciągle pozostaje problematyczne znalezienie odpowiednich substratów i warunków reakcji, które są kompatybilne z materiałami pochodzenia biologicznego. Jedną z nowych, szczególnie obiecujących metod mikrokapsułkowania, jest formowanie membrany dzięki zjawisku powstawania kompleksu polielektrolitowego na granicy faz stykających się roztworów wodnych polielektrolitów, posiadających grupy funkcyjne o przeciwnych ładunkach. Podczas ostatnich dziesięciu lat ukazały sie tylko nieliczne systematyczne prace badawcze dotyczące mechanizmu formowania dwuskładnikowych mikrokapsułek w układzie polianion/polikation. Dodatkowo, w dalszym ciągu brakuje jasnych i przejrzystych zależności pomiędzy właściwościami mikrokapsułek a warunkami ich otrzymywania, co pozwoliłoby na właściwą kontrolę ich porowatości i wytrzymałości mechanicznej. Głównym celem pracy było zbadanie mechanizmu jednoetapowego formowania mikrokapsułek w dwuskładnikowym układzie polielektrolitowym. Zaproponowana metoda formowania mikrokapsułek dotyczy bezpośredniej reakcji pomiędzy dwoma roztworami przeciwnie naładowanych polielektrolitów wobec braku w roztworze kationów metali wielowartościowych. Składa się ona z jednoetapowego procesu otrzymywania takowych mikrokapsułek. W skład modelowego systemu wchodzą naturalne polisacharydy, takie jak: anionowy alginian sodu lub iota-karagenian sodu, odpowienio kompleksowane z kationowym chitozanem. Taki system był badany z punktu widzenia formowania stabilnych mikrokapsułek, ich wytrzymałości mechanicznej i porowatości zewnętrznej membrany. Ciężar cząsteczkowy chitozanu okazał się kluczowym parametrem decydującym o formowaniu stabilnych i elastycznych kapsuł o odpowiednio wysokiej wytrzymałości mechanicznej. Szczególnie oligomery chitozanu o ciężarze cząsteczkowym między 2 i 20 tysięcy są najbardziej odpowiednie dla formowania stabilnych mechanicznie mikrokapsułek. Dodatkowo stwierdzono istotny związek między rozpuszczalnością chitozanu i jego ciężarem cząsteczkowym. Stosowanie polimerów o niskich ciężarach cząsteczkowych polepsza ich rozpuszczalność w roztworach o pH zbliżonym do fizjologicznego. Dlatego też stosowanie oligochitozanów (<3000 g/mol) pozwoliło na utworzenie mikrokapsułek posiadających dobre właściwości mechaniczne w pH fizjologicznym, co dodatkowo stanowi przewagę nad innymi - opisanymi wcześniej - chitozanowymi mikrokapsułkami. kompleks polielektrolitowy, który buduje membranę mikrokapsułki, posiada asymetryczną strukturę, co zostało potwierdzone odpowiednimi badaniami mikroskopowymi i nowatorskimi doświadczeniami z zastosowaniem analitycznej ultrawirówki (AUC). Heterogeniczność struktury membrany determinuje właściwości ściany mikrokapsułek, których zewnętrzna część, tzw. "skórka", określa maksymalną porowatość (górna granicę wykluczania), a wewnetrzna część jej wytrzymałość mechaniczną. Względna liczba jonowych wiązań międzyłańcuchowych, która determinuje gęstość kompleksu polielektrolitowego i w rezultacie właściwości kapsuły, może być kontrolowana przez rozmaite parametry reakcji. Zaproponowane w pracy zależności między właściwościami mikrokapsułek i odległością ekranowania Debye'a lambda(D), jak również między maksymalnym wewnętrznym ciśnieniem przy zgniataniu i grubością ściany mikrokapsułki mogą być użyte jako narzędzia do modelowania właściwości mikrokapsułek. Podczas formowania membran zaobserwowano selektywną reakcję łańcuchów oligochitozanu o różnym ciężarze cząsteczkowym. Zwiększając siłę jonową roztworu, pH i temperaturę lub odpowiednio zmniejszając ciężar cząsteczkowy i stężenie polianionu, obserwuje się widoczne przesunięcie ciężaru cząsteczkowego reagującego oligochitozanu w kierunku wyższych wartości. Dlatego też wielce prawdopodobnym jest, iż zjawisko to leży u podstaw głównego mechanizmu, który odpowiada za różnice właściwości kapsuł otrzymanych w różnych warunkach reakcji. W pracy przedstawiono ogólny opis wpływu najbardziej istotnych parametrów reakcji, które mogą być użyte jako odpowiednie czynniki modelujące właściwości mikrokapsułek. Parametry te zostały podzielone na dwie grupy. Pierwsza - zawierająca ciężar cząsteczkowy polikationu, pH, siłę jonową i stężeniu obu polielektrolitów - może służyć do jednoczesnej zmiany struktury (porowatości) i wytrzymałości mechanicznej mikrokapsułek. Druga - zawierająca ciężar cząsteczkowy polianionu i czas reakcji - wpływa tylko na wytrzymałość mechaniczną bez widocznych zmian porowatości. Dlatego też te dwie grupy parametrów pozwalają na dużą swobodę podczas kontrolowanej manipulacji właściwości mikrokapsułek. Dodatkowo praca zawiera szczegółowy opis optymalnych warunków tworzenia mikrokapsułek w warunkach fizjologicznych. Reasumując: zaproponowane, nowe układy do mikrokapsułkowania, wykazuja wysoki stopień uniwersalnosci i moga być potencjalnie zastosowane jako biosztuczne organy w medycynie lub w biotechnologii jako odpowiednie nośniki.

16

Termoekspandujące materiały polimerowe

Kostrzewa M., Molenda J., Prot T.

Polimery

|

2000

|

T. 45, nr 3

178-183

PL

Przedstawiono przegląd metod otrzymywania mikrokapsułek oraz omówiono wyniki prac dotyczących otrzymywania ekspandujących pod wpływem ciepła mikrokapsułek.

EN

A review covering methods for preparing microcapsules, including Author's own works on preparation of microcapsules that expand on heating. Scanning electron microscopy (SEM) and IR spectroscopy were used to characterize the product of microencapsulation of n-hexane on radical emulsion terpolymerization of acrylonitrile, methyl mathacrylate and vinylidene chloride, initiated with lauroyl peroxide and additionally with azobisisobutyronitrile which was used as a solid porophor.