ハイドロゲルナノ粒子の体積相変異の運動学の温度ジャンプ調査
1Laser Dynamics Laboratory and School of Chemistry and Biochemistry, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia 30332-0400, USA.
Journal of the American Chemical Society
|November 8, 2001
まとめ
熱反応性ポリ-N-イソプロピラクリラミド (pNIPAm) 水素ゲルナノ粒子は,マイクロ秒以内に表面で急速に溶け落ちます. しかし,再膨張は,熱散熱に依存する,より遅い,熱力学的に制御されるプロセスです.
科学分野:
- マテリアルサイエンス 材料科学
- ポリマーサイエンスの科学
- 物理化学 物理化学
背景:
- ポリ-N-イソプロピラクリラミド (pNIPAm) などの熱反応性ヒドロゲルは,温度変化に伴い,有意な体積相移行を示します.
- ナノスケールでのこれらの移行のダイナミクスを理解することは,薬物投与,センサー,アクチュエータのアプリケーションに不可欠です.
- 以前の研究では,pNIPAmヒドロゲルのマクロスケープの振る舞いを調査しましたが,ナノスケールダイナミクスには高度な技術が必要です.
研究 の 目的:
- pNIPAmヒドロゲルナノ粒子における脱水と腫れの時間分解ダイナミクスを調査する.
- 急速な気温上昇時に発生する脱落の移行の空間的な範囲と運動を明らかにする.
- これらのナノ粒子における脱出と再帰の過程の運動を比較する.
主な方法:
- ナノ粒子の大きさの変化を監視するために,時間分解の伝導度測定を使用します.
- ナノ秒レーザーで誘発された温度ジャンプ (Tジャンプ) 技術を採用して,迅速で局所的な加熱を行います.
- 温度変化と熱散熱に関連して脱水と再起水運動を分析する.
主要な成果:
- 溶液温度が体積相移行温度を超えたとき,伝導率の低下として脱水が観察されました.
- Tジャンプが誘発した脱水は,主に微秒時間スケール上の薄い周辺層 (粒子の体積の<10%) で発生しました.
- 粒子の崩壊時間を調整するには,粒子の殻に防水成分を組み込むことができます.
- 再発は熱力学的に制御され,熱散熱の制限により,より遅い (ミリ秒の時間スケール) でした.
結論:
- pNIPAmヒドロゲルナノ粒子の脱落は,マイクロ秒のスケールで発生する急速な表面現象です.
- 再生運動はかなり遅く,大量熱力学条件と熱散熱によって支配されます.
- 発見は,材料設計とアプリケーション開発に関連する熱反応性ヒドロゲルのナノスケールダイナミクスに関する洞察を提供します.
さらに関連する動画
12:07Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning
Published on: April 16, 2018
11:38Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions
Published on: April 19, 2018
関連する概念動画
02:31Phase Transitions
Whether solid, liquid, or gas, a substance's state depends on the order and arrangement of its particles (atoms, molecules, or ions). Particles in the solid pack closely together, generally in a pattern. The particles vibrate about their fixed positions but do not move or squeeze past their neighbors. In liquids, although the particles are closely spaced, they are randomly arranged. The position of the particles are not fixed—that is, they are free to move past their neighbors to occupy...
02:39Phase Transitions: Melting and Freezing
Heating a crystalline solid increases the average energy of its atoms, molecules, or ions, and the solid gets hotter. At some point, the added energy becomes large enough to partially overcome the forces holding the molecules or ions of the solid in their fixed positions, and the solid begins the process of transitioning to the liquid state or melting. At this point, the temperature of the solid stops rising, despite the continual input of heat, and it remains constant until all of the solid is...
02:44Heating and Cooling Curves
When a substance—isolated from its environment—is subjected to heat changes, corresponding changes in temperature and phase of the substance is observed; this is graphically represented by heating and cooling curves.
For instance, the addition of heat raises the temperature of a solid; the amount of heat absorbed depends on the heat capacity of the solid (q = mcsolidΔT). According to thermochemistry, the relation between the amount of heat absorbed or released by a substance, q, and its...
For instance, the addition of heat raises the temperature of a solid; the amount of heat absorbed depends on the heat capacity of the solid (q = mcsolidΔT). According to thermochemistry, the relation between the amount of heat absorbed or released by a substance, q, and its...