Microcapsules مثل ذلك الساخنة

نفاذية الجدار التي تسيطر عليها محتوى الملح ودرجة الحرارة

صورة مجهرية إلكترونية لكبسولات مختلفة الأحجام. تتراكم أجسام البوليمر المجوفة أثناء التجفيف ككرة قدم بدون هواء: أ) الحجم الأصلي للكبسولات ، ب) كبسولات منتفخة في درجة حرارة مرتفعة ، ج) بعد كبسولات الملح تقلصت. عند إضافة الملح ، يكون جدار الكبسولة سميكًا بدرجة كافية لمنع الانهيار. © MPI للغرويات والواجهات
قراءة بصوت عال

لقد أدخل العلماء الآن طريقة جديدة للتحكم بشكل انتقائي في نفاذية الجدار للكبسولات الدقيقة من خلال محتوى الملح ودرجة حرارة المحلول. لقد طوروا نموذجًا نظريًا يصف بالضبط العمليات في قشرة البوليمر في الكبسولات. وبالتالي ، يمكن التنبؤ دون إجراء تحقيقات تجريبية كيف تتغير خصائص الأجوف المجوفة مع تغيرات في درجة الحرارة والملوحة ، وفقًا للباحثين في العدد الحالي من مجلة Physical Review Letters.

وهذا يفتح إمكانيات جديدة ، وفقًا للعلماء ، لاستخدام كبسولات دقيقة لنقل المكونات الفعالة في الجسم أو كجزء من دهانات السيارات ذاتية الإصلاح.

من الناحية المثالية ، يجب أن تصل الأدوية مباشرة إلى الأجزاء المريضة من الجسم ، وبالتالي تمنع الآثار الجانبية وفي نفس الوقت تحقق أكبر تأثير ممكن. وهذا يتطلب أنظمة نقل ذكية ، والتي تتضمن في البداية المكونات النشطة من أجل إطلاقها في موقع العمل في ظل ظروف معينة.

يعمل العلماء في معهد ماكس بلانك للغرويات والواجهات في بوتسدام على نظام نقل دقيق يمكنه تلبية هذه المتطلبات بالضبط: بضع ميكرومتر ، أي كبسولات البوليمر فقط ألف من المليمتر في الحجم ، سوف ينقل المخدرات عبر الكائن الحي. تتكون جدران الحبيبات الدقيقة من طبقات لها جزيئات بوليمر موجبة وسالبة بالتناوب ، بحيث يمكن استخدام الجزيئات ذات مجموعة واسعة من الخصائص لإنتاج الكبسولة.

التحكم في درجة الحرارة والملوحة نفاذية جدار الكبسولة

من المهم لتحقيق الاستخدام الأمثل للكبسولات أن تتمكن من ضبط نفاذية جدار الكبسولة على وجه التحديد: عند ملء الحاوية الصغيرة ، يجب أن يكون الجدار أولاً قابلاً للدواء حتى يدخله. بعد ذلك ، يجب إحاطة المحتويات بختم غلاف الكبسولة بحيث يمكن إطلاقها مرة أخرى في موقع العمل من خلال جدار الكبسولة. لقد اكتشف علماء بوتسدام الآن أن كثافة وسمك جدار الكبسولة ، وبالتالي يمكن التحكم في نفاذه عن طريق تغيير درجة الحرارة ومحتوى الملح. عرض

في حالة زيادة درجة الحرارة بشكل طفيف فقط ، تنتفخ أو تنكمش الأجوف المجوفة بالتخفيف أو السماكة المتزامنة لجدارها. هذا يعتمد على التكوين والشحن الكهربائي للقذيفة البوليمر. عند التقلص ، يكون تغليف الجزيئات الصغيرة جدًا أمرًا ممكنًا: نظرًا لإدخالات الطاقة القوية في التدفئة ، فإن الروابط بين جزيئات البوليمر المشحونة عكسًا تذوب ونتيجة لذلك يخفف جدار الكبسولة. يمكن أن تتدفق مادة البدن بالقرب من بعضها البعض ، ويصبح الجدار أكثر كثافة وكثافة. الجزيئات لم تعد قادرة على الهجرة من خلال ومحاصرين في الداخل.

إذا تضخمت الكرات المجوفة ، فإن جدران البوليمر تنعكس أيضًا عند تسخينها. ومع ذلك ، فهناك الكثير من الرسوم المكافئة في جدار الكبسولة بحيث يتم صد بعضها البعض. وبالتالي فإن الهيكل بأكمله مضخم بشكل كبير مع زيادة في ترقق القطر والجدار. والنتيجة هي زيادة كبيرة في النفاذية مقارنة بالكبسولات الأصلية في درجة حرارة الغرفة.

الآن ، عندما يضاف الملح إلى محلول الكبسولة ، يتم تحييد الشحنات الكهربائية وتقليص الكبسولات مرة أخرى ، مما يؤدي إلى زيادة سماكة الجدار كما في الحالة الموضحة أولاً. تقول كارين كوهلر ، عالمة مشاركة في هذا المشروع: "من خلال الجمع بين الوسائل البسيطة المتوفرة في كل مطبخ ، يمكننا تغيير خصائص الجدار لأنظمة النقل الدقيق حسب الرغبة". يتراوح نطاق الكبسولات التي يبلغ قطرها الأولي 4.5 ميكرون بين 1.5 إلى 20 ميكرون.

المنافسة بين قوتين

ومع ذلك ، لا يمكن تعديل حجم الكبسولة بدقة في المختبر. لقد فهم العلماء أيضًا العمليات في جدار الكبسولة من الناحية النظرية ، بحيث يمكنهم التنبؤ بقطر الكرات المجوفة تحت الظروف المعنية دون أي تجربة. يشتمل النموذج الذي طوروه على منافسة قوتين ، الأولى هي التوتر السطحي بين البوليمر / الماء ، مما يقلل من حجم الكبسولة وسطحها. من ناحية أخرى ، قوة الطرد الإلكتروستاتيكي بين شحنات تحمل نفس الاسم في غلاف البوليمر ، مما يؤدي إلى تضخم الكبسولة. "بناءً على قوة الشريكين ، يمكن التنبؤ بدقة بحجم الكبسولة بتركيز محدد من الملح ودرجة الحرارة" ، يوضح مارتن بيشوفيل ، وهو أيضًا عضو في فريق البحث.

كما يتوقع النموذج النظري أنه من الممكن ، عن طريق تعديل الشروط بمهارة ، تقليص كبسولات منتفخة في البداية والعكس صحيح. بالضبط هذا التوقع يمكن التحقق منه بعد ذلك.

هذا التبديل المستمر ذهابًا وإيابًا بين الدولتين بأحجام مختلفة جدًا من الكبسولة يوسع بشكل كبير نطاق التطبيقات المحتملة ل microcapsules Potsdam: بالإضافة إلى استخدامه كناقل للمخدرات ، تعتبر تطبيقات الكبسولة جزءًا لا يتجزأ دهانات السيارات ، والتي تطلق مثبطات التآكل على الضرر وبالتالي تمنع توسيع المنطقة التالفة التي يمكن تصورها. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن توفر معلومات حول تركيز بعض الجزيئات ، مثل أيونات الجلوكوز أو الكالسيوم في الخلايا ، مثل المجهرات الدقيقة ، وأيضًا عمل micropumps.

(idw MPG ، 07.11.2006 - DLO)