Synteza mikrocząstek o niesferycznych kształtach poprzez polimeryzację kropel w układzie mikroprzepływowym

Kamila Bujnowska

Abstract

-
Diploma typeMaster of Science
Author Kamila Bujnowska
Kamila Bujnowska,,
-
Supervisor Wojciech Fabianowski KChTP
Wojciech Fabianowski,,
- Chair Of Polymer Chemistry And Technology
Certifying unitFaculty of Chemistry (FC)
Affiliation unitChair Of Polymer Chemistry And Technology (CPCT)
Study subject / specializationTechnologia Chemiczna
Languagepl polski
StatusFinished
Defense Date05-11-2013
Issue date (year)2013
Keywords in Polish-
Keywords in English-
Abstract in PolishWstęp Techniki mikroprzepływowe stanowią obecnie dynamicznie rozwijającą się dziedzinę badań z licznymi zastosowaniami w chemii, biologii i medycynie. Wynika to z faktu, że zminiaturyzowanie urządzenia daje możliwość precyzyjnej manipulacji mikroskopowymi objętościami płynów, kontrolowanego formowania emulsji a także łączenia i dzielenia kropel oraz wykorzystania ich jako „mikroreaktorów”. Automatyzując proces generowania kropel otrzymujemy doskonałe narzędzie do badań farmaceutycznych, biologicznych i biotechnologicznych a także do zastosowań diagnostycznych. Stosując techniki dające ścisłą kontrolę nad objętością generowanych kropel możemy tworzyć krople podwójne i wielokrotne o określonych morfologiach lub poprzez polimeryzację promieniowaniem UV uzyskać mikrocząstki w kształcie dysków, włókien lub soczewek. Wyniki i dyskusja Celem pracy było otrzymanie mikrocząstek polimerowych w kształcie soczewek o kontrolowanym promieniu krzywizny w wyniku polimeryzacji promieniowaniem UV segmentów kropel wielokrotnych zbudowanych z dwóch naprzemiennie ułożonych faz ciekłych wytworzonych w układzie mikroprzepływowym z wykorzystaniem metody drop-on-demand (DOD). Metoda ta polega na generowaniu kropel „na żądanie” (ang. on demand) przy użyciu zaworów kontrolujących przepływ zarówno fazy ciągłej jak i kroplowej. Zastosowano układ mikroprzepływowy wykonany z polidimetylosiloksanu (PDMS), a ściany jego kanałów zmodyfikowano hydrofobowo za pomocą komercyjnego środka Aquapel. Następnie dobrano trzy fazy ciekłe – oleje mineralny i fluorowany HFE 7500 oraz 50% wodny roztwór poli(glikolu dietylenowego) - o relacjach napięć międzyfazowych pozwalających na wygenerowanie kropli wielokrotnej o pożądanej morfologii. Promień krzywizny powstających mikrocząstek regulowany miał być poprzez zmianę objętości kropel tworzących poszczególne segmenty oraz poprzez zmianę kąta kontaktu między sąsiednimi segmentami w wyniku zmiany wartości napięcia międzyfazowego poprzez dodatek związków powierzchniowo czynnych. W pierwszym etapie eksperyment przeprowadzono z wykorzystaniem pomp strzykawkowych, za pomocą których generowano krople wielokrotne zbudowane z naprzemiennie ułożonych segmentów faz oleju mineralnego i 50% wodnego roztworu PEGDA zawieszonych w zewnętrznej fazie HFE 7500. Do faz HFE 7500 oraz 50% PEGDA(aq) dodawano następnie związki powierzchniowo czynne – odpowiednio triblok PFPE-PEG-PFPE oraz dodecylosiarczan sodu – w celu określenia wpływu tych związków na morfologię powstających kropel wielokrotnych oraz kąt kontaktu między segmentami 50% PEGDA(aq) i oleju mineralnego. Zakres stężeń surfaktantów pozwalający na otrzymanie pożądanej morfologii kropel oraz mający wpływ na kąt kontaktu między segmentami określono jako 0-0,1% wag. PFPE-PEG-PFPE w HFE 7500 oraz 0-1% SDS w 50% PEGDA(aq). W kolejnym etapie wykorzystano pompy strzykawkowe oraz metodę DOD w celu przeanalizowania wpływu zmiany kąta kontaktu między segmentami kropel wielokrotnych oraz stosunku ich objętości na takie parametry jak promień krzywizny powierzchni kontaktu między segmentami i ich wymiary. Dowiedziono zależności między stężeniem związków powierzchniowo czynnych w układzie a promieniem krzywizny powierzchni kontaktu segmentów oraz między czasem otwarcia zaworów w DOD a wymiarami powstających segmentów. Wykazano możliwość kontroli krzywizny powstających segmentów poprzez zastosowanie odpowiedniej automatyki i odpowiedni dobór stężeń związków powierzchniowo czynnych. W ostatnim etapie podjęto próbę polimeryzacji segmentów kropli wielokrotnej powstałych z monomeru. Kształt powstałych w ten sposób mikrocząstek odbiegał dość mocno od oczekiwanego ze względu na niewystarczający stopień polimeryzacji monomeru wynikający z obecności w układzie tlenu będącego inhibitorem procesu. Podjęto próby mające na celu wyeliminowanie wpływu tlenu (zmiana materiału układu) jednak nie były one skuteczne i nie udało się uzyskać pełnej kontroli nad kształtem otrzymywanych mikrocząstek.
File
praca_magisterska_kamila_bujnowska.pdf 2.44 MB

Get link to the record
msginfo.png

Back