Functional Polymer Gels based on Oligomer Fluids

Polymergele, wie beispielsweise Hydrogele, die aus vernetzten Polymerketten und niedermolekularen Lösungsmitteln bestehen, wurden aufgrund der Ähnlichkeit ihrer mechanischen Eigenschaften mit denen von weichen biologischen Geweben weit verbreitet in biomedizinischen Anwendungen, flexibler Elektronik und weichen Maschinen verwendet. Das Design von Polymernetzwerken und sein Beitrag zu den Eigenschaften solcher Materialien wurden ausgiebig untersucht. Die infundierten Lösungsmittel, die die innere Struktur von Gelen stark beeinflussen würden, werden jedoch selten untersucht. Ziel dieser Dissertation ist es, eine Reihe von Lösungsmittelstrategien zur Herstellung funktioneller Polymergele bereitzustellen. In Kapitel 1 wird eine allgemeine Einführung in funktionelle Polymergele basierend auf verschiedenen Lösungsmitteln gegeben, die die verschiedenen Wahlmöglichkeiten von Lösungsmitteln für Polymergele und von den Lösungsmittelstrategien abgeleitete Funktionen abdeckt. Für die Auswahl der Lösungsmittel wurden die Herstellungsmethoden und die neuesten Entwicklungen der Polymergele auf Basis verschiedener Lösungsmittel zusammengefasst, darunter organische Lösungsmittel, ionische Flüssigkeiten, tiefeutektische Lösungsmittel und Polymerflüssigkeiten. Dann wurden die aus den Lösungsmittelstrategien abgeleiteten Funktionen diskutiert, darunter rutschige Oberflächen, Gefrierbeständigkeit oder thermische Stabilität, überlegene mechanische Eigenschaften und elektrische Leistung. In Kapitel 3.1 wurde ein Polymergelsystem auf Basis von Poly(ethylenglykol) (PEG) als Flüssigphase demonstriert. Der kritische Einfluss der Lösungsmittelnatur auf die mechanischen Eigenschaften und die Leistung von weichen Polymergelen wurde untersucht. Als elastisches Polymernetzwerk wurde ein physikalisch vernetztes Copolymer aus 2-Hydroxyethylmethacrylat und Acrylsäure gewählt. Verglichen mit dem entsprechenden Gel auf Hydrogel- oder Ethylenglykolbasis weist das PEGgel außergewöhnliche physikalische Eigenschaften auf, wie z. B. hohe Dehnbarkeit und Zähigkeit, schnelle Selbstheilung und Langzeitstabilität unter Umgebungsbedingungen. Je nach Molekulargewicht und PEG-Anteil variierte die Zugfestigkeit von PEGgelen von 0,22 MPa bis 41,3 MPa, die Bruchdehnung von 12 % bis 4336 %, der Elastizitätsmodul von 0,08 MPa bis 352 MPa und die Zähigkeit von 2,89 MJ m-3 bis 56,23 MJ m-3. Die erhaltenen Polymergele können zur Herstellung eines selbstheilenden pneumatischen Aktuators durch 3D-Druck verwendet werden. Die verbesserten mechanischen Eigenschaften des PEGgel-Systems könnten auf andere Polymernetzwerke (sowohl chemisch als auch physikalisch vernetzt) ausgedehnt werden. In Kapitel 3.2 wurden Ionen in das Lösungsmittelsystem eingeführt, um ionisches PEGgel herzustellen. Der Einbau von Ionen in PEG erhöht gleichzeitig die Festigkeit und Zähigkeit der Polymergele. Das typische ionische PEGgel besteht aus in situ gebildeten, physikalisch vernetzten Poly(2-hydroxyethylmethacrylat)-Netzwerken und PEG und weist eine hohe Leitfähigkeit (0,04 S m-1), eine ausgezeichnete elektrochemische Stabilität (> 60.000 Zyklen), eine extreme Dehnbarkeit ( bis zu 1400 %), hohe Zähigkeit (7,16 MJ m-3), schnelle Selbstheilungseigenschaft, die eine Wiederherstellung der Ionenleitfähigkeit innerhalb von Sekunden ermöglicht, sowie keine Lösungsmittelleckage auf. Mehrere Anwendungen von ionischem PEGgel wurden als (a) flexible Sensoren zur Dehnungs- oder Temperaturmessung, (b) Hautelektroden zur Aufzeichnung von Elektrokardiogrammen und (c) als robustes und sensorisches Material für pneumatische künstliche Muskeln demonstriert. In Kapitel 3.3 wurde eine In-situ-Phasentrennung im PEGgel-System unter Verwendung der Mischung aus PEG und Polypropylenglykol (PPG) als Lösungsmittel gebildet. Die phasengetrennten Polymergele wurden durch direktes Polymerisieren von 2-Hydroxyethylmethacrylat in einer Mischung aus PEG und PPG hergestellt. Die polymerisierten elastischen Netzwerke weisen eine unterschiedliche Löslichkeit in PEG (hochlöslich) und PPG (schwach löslich aufgrund des vorhandenen Methyls in der Hauptkette) auf, was zu einem makroskopisch homogenen kovalenten Netzwerk mit in-situ-Phasentrennung führt. Das resultierende phasengetrennte gel zeigt eine hohe Festigkeit (8,0 MPa), eine günstige Bruchdehnung (430 %) und eine große Zähigkeit (17,0 J m-3). Die getrennten Phasen verleihen dem Polymergel eine Formgedächtniseigenschaft, die für verschiedene weiche Maschinen in Kombination mit 3D-Druckfähigkeit verwendet werden kann. Dann wurden Ionen in das PEG/PPG-Lösungsmittel eingebaut, um eine hierarchische Verbesserung in Polymergelen zu erreichen, die von den ionischen Wechselwirkungen (Nanoebene) bis zur Phasentrennung (Mikroebene) reicht. Eine solche hierarchische Struktur verbesserte die Festigkeit und Zähigkeit von Polymergelen weiter und zeigte eine hohe Bruchfestigkeit (12,2 MPa) und Bruchenergie (54 kJ m-2). Abschließend wurde ein Ausblick auf die Herausforderungen gegeben, denen man sich bei der Entwicklung funktioneller Polymergele stellen muss. Um die Entwicklung von Polymergelen in verschiedenen Bereichen zu beschleunigen, müssen wir sowohl das Netzwerkdesign als auch die Lösungsmittelstrategien optimieren. Fortschritte auf nur einer Seite reichen nicht aus, um alle Herausforderungen zu lösen

High‐Performance Pressure Sensors Based on Shaped Gel Droplet Arrays

Polymer gel-based pressure sensors offer numerous advantages over traditional sensing technologies, including excellent conformability and integration into wearable devices. However, challenges persist in terms of their performance and manufacturing technology. In this study, a method for fabricating gel pressure sensors using a hydrophobic/hydrophilic patterned surface is introduced. By shaping and fine-tuning the droplets of the polymer gel prepolymerization solution on the patterned surface, remarkable sensitivity improvements compared to unshaped hydrogels have been achieved. This also showcased the potential for tailoring gel pressure sensors to different applications. By optimizing the configuration of the sensor array, an uneven conductive gel array is fabricated, which exhibited a high sensitivity of 0.29 kPa$^{−1}$ in the pressure range of 0–30 kPa, while maintaining a sensitivity of 0.13 kPa$^{−1}$ from 30 kPa up to 100 kPa. Furthermore, the feasibility of using these sensors for human motion monitoring is explored and a conductive gel array for 2D force detection is successfully developed. This efficient and scalable fabrication method holds promise for advancing pressure sensor technology and offers exciting prospects for various industries and research fields

Globularifolin inhibits CAMA-1 human breast cancer cell line via cell cycle arrest, apoptosis and inhibition of PI3K/AKT signalling pathway

Purpose: To investigate the anticancer activity of globularifolin against CAMA-1 breast cancer cells.Methods: The viability of CAMA-1 cells was assessed by MTT assay. DAPI and annexin V/PI staining were used for the determination of apoptotic cell death. Flow cytometry was employed for cell cycle analysis, while wound healing and immunoblotting assays were used to measure cell migration and protein expression, respectively.Results: Globularifolin decreased the viability of CAMA-1 breast cancer cells dose-dependently, with half-maximal inhibitory concentration (IC50) of 10 μM, relative to its IC50 of 65 μM against non-cancerous CMMT breast cells. It also initiated apoptotic cell death and cell cycle arrest. Moreover, it inhibited the migration of CAMA-1 breast cancer cells, and PI3K/AKT signalling cascade.Conclusion: These results suggest that globularifolin has promising potential for use in the treatment of breast cancer.Keywords: Breast cancer, Globularifolin, Apoptosis, Cell cycle, Cell migratio

Tough PEGgels by In Situ Phase Separation for 4D Printing

Polymer gels, consisting of cross-linked polymer network systems swollen by a solvent, show great potential in biomedicine, flexible electronics, and artificial muscles, due to their tissue-like mechanical properties. Due to the presence of a large amount of solvent, the improvement of the mechanical properties of the polymer gel is a challenge. Moreover, combining high toughness with useful properties, such as 3D printability or shape-memory, in one polymer gel system is even more challenging. In this study, a simple and efficient method is developed for the fabrication of tough polymer gels by polymerizing 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) in a mixture of poly(ethylene glycol) (PEG) and poly(propylene glycol) (PPG). The polymerized elastic networkpresents distinct compatibility with PEG (compatible) and PPG (poorly compatible), resulting in in-situ phase separation at the microscale. The resulting phase-separated gel demonstrates high strength (8.0 MPa), favorable fracture strain (430%), and large toughness (17.0 MJ m−3). The separated hard phasewith a high glass transition temperature (75 °C) endows the whole soft polymer gel with the property of shape memory at room temperature. Finally, the fabrication of tunable tough PEGgels is combined with 3D printing as well as with shape memory properties, demonstrating the use of PEGgels for 4D printing

A two-dimensional electrophoresis protocol suitable for Medicago truncatula leaf proteome

Medicago truncatula leaves were used as the experimental materials. Total proteins of leaves were extracted by trichloracetic acid (TCA)-acetone method and proteins had a better separation using gel strips, forming an immobilized non-linear 3 to 10 pH gradient focusing 123,000 vhr combined with 12% sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). The gels were stained with Coomassie Brilliant Blue G-250 and digitalized gels were analyzed using the PDquest 8.0.1 software. The results indicated that 931 protein dots were detected in the gel. A technology suitable for the M. truncatula leaves protein extraction by TCA/acetone and a protocol for two-dimensional electrophoresis (2-DE) was established, which provides technical support for M. truncatula leaf proteome research.Keywords: Medicago truncatula, proteome, two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (2-DE), isoelectrofocusing (IEF)African Journal of Biotechnology Vol. 12(3), pp. 233-23

Wetting Behavior of Inkjet-Printed Electronic Inks on Patterned Substrates

In inkjet printing technology, one important factor influencing the printing quality and reliability of printed films is the interaction of the jetted ink with the substrate surface. This short-range interaction determines the wettability and the adhesion of the ink to the solid surface and is hence responsible for the final shape of the deposited ink. Here, we investigate wetting morphologies of inkjet-printed inks on patterned substrates by carefully designed experimental test structures and simulations. The contact angles, the surface properties, and drop shapes, as well as their influence on the device variability, are experimentally and theoretically analyzed. For the simulations, we employ the phase-field method, which is based on the free energy minimization of the two-phase system with the given wetting boundary conditions. Through a systematic investigation of printed drops on patterned substrates consisting of hydrophilic and hydrophobic areas, we report that the printed morphology is related not only to the designed layout and the drop volume but also to the printing strategy and the wettability. Furthermore, we show how one can modify the intrinsic wettability of the patterned substrates to enhance the printing quality and reliability. Based on the present findings, we cast light on the improvement of the fabrication quality of thin film transistors

The structural and optical properties of GaSb/InGaAs type-II quantum dots grown on InP (100) substrate

We have investigated the structural and optical properties of type-II GaSb/InGaAs quantum dots [QDs] grown on InP (100) substrate by molecular beam epitaxy. Rectangular-shaped GaSb QDs were well developed and no nanodash-like structures which could be easily found in the InAs/InP QD system were formed. Low-temperature photoluminescence spectra show there are two peaks centered at 0.75eV and 0.76ev. The low-energy peak blueshifted with increasing excitation power is identified as the indirect transition from the InGaAs conduction band to the GaSb hole level (type-II), and the high-energy peak is identified as the direct transition (type-I) of GaSb QDs. This material system shows a promising application on quantum-dot infrared detectors and quantum-dot field-effect transistor

Research on data integration of bioinformatics database based on web services

ABSTRACT: With the development of human genome projects ( HGP) in the world, a mass of genetic information is generated. Now there are hundreds of different kinds of important bioinformatics databases in the world. How to unify the bioinformatics database from different countries has become an important issue in Bioinformatics. In this paper, we present a data integra-tion program based on Web Services of heterogeneous bioinformatics databases. The key technology of bioinformatics data integration has been researched and designed as well