عنوان اختراع: تهيه نانوكامپوزيت هاي هوشمند برپايه پلي وينيل استات/نانوگرافن داراي حافظه شكلي سريع در اثر القا جريان الكتريكي زمينه فني اختراع: بخش: (c) زيربخش: (C08) هدف اختراع، ساخت نانوكامپوزيتهاي پليمري داراي حافظه شكلي سريع دراثر القا جريان الكتريكي است. مهمترين مشكلات پليمرهاي داراي حافظه شكلي-فعال الكتريكي 1-تحريك الكتريكي داراي مزايايي مثل كنترل از راه دور است. با اين وجود اكثر پليمرها نارسانا هستند. 2-براي كاربردهاي نظامي و پزشكي نياز به پاسخ دهي سريع مي باشد،اما هنوز اين نوع پليمرها از سرعت پاسخ دهي كافي برخوردار نيستند و معمولا سرعت بازگشت آنها 20 تا 120 ثانيه است. 3-بسياري از پليمرهاي حافظه شكلي،مدول شيشه اي و رابري پاييني دارند درحالي كه برخي كاربردها نياز به نيروي بازگشت بالاست. در اين اختراع نانوكامپوزيتهاي پلي وينيل استات حاوي مقادير مختلف گرافن تهيه گرديد. با افزودن مقدار بهينه گرافن به فرمولاسيون،خواص مكانيكي و هدايت الكتريكي ماتريس بصورت قابل توجهي افزايش يافت و محدوده دماي انتقال شيشه پليمر باريك گشت. عواملي كه منجر به حافظه شكلي بسيار سريع نمونه ها دراثر القا جريان الكتريكي گرديد(بازگشت كامل به شكل اصلي در 5/2ثانيه).اين نانوكامپوزيت ها مي توانند در كاربردهايي نظير حسگرها، ماهيچه هاي مصنوعي مورد استفاده قرار گيرد.

تهيه نانوفيلترهاي الكتروريسي شده ابريشم و پلي اكريلونيتريل حاوي نانو ذرات پلي آنيلين اصلاح شده با TiO2 براي حذف (HFGR) Reactive Black زمينه فني اختراع: بخش: (c) زيربخش: (C02) هدف در اين اختراع، توليد نانوفيلترهاي الكتروريسي شده در مقياس نانومتر براي حذف آلاينده است. مهمترين مشكلات فيلتر ها براي حذف آلاينده 1- تخريب نانوفيلتر در اثر عوامل خارجي مثل دما، فشارهاي عملياتي بالا. 2- برخي از نانوفيلترها در عمل حذف دچار گرفتگي غشايي مي شوند، اين عامل باعث عبور نكردن آلاينده از سطح غشاء مي شود. 3-بسياري از پليمرهاي استفاده شده در توليد نانوفيلترها داراي استحكام و كشش پاييني در برابر نيرو يا فشار دارند در حالي كه ساخت غشاء نيازمند استحكام بالايي مي باشد. بنابراين، در اين اختراع نانوكامپوزيت هاي هيبريدي ابريشم و پلي آكريلونيتريل حاوي مقادير مختلف نانو ذرات پلي آنيلين اصلاح شده با TiO2 الكتروريسي گرديد. با افزودن مقدار بهينه نانو ذرات به ماتريس پليمري، خواص مكانيكي و درصد حذف رنگ راكتيو سياه بصورت قابل توجهي افزايش يافت. عواملي كه منجر به حذف بالاتر اين نانوفيلترها گرديد (تاثير محيط هاي اسيدي و بازي در ph هاي مختلف). نانوفيلترها مي توانند در حذف آلاينده هاي مضر نساجي، پتروشيمي، كارخانجات و فاضلاب مورد استفاده قرار گيرد.

در اينجا ژل‌هاي نانوكامپوزيتي با شبكه‌ي دوگانه‌ي كاملاً فيزيكي، از ژل محكم آگار (به عنوان شبكه‌ي اول) و همچنين ژل چقرمه و چكش‌خوار پلي‌وينيل‌الكل (به عنوان شبكه‌ي دوم) تشكيل شده‌اند. كه همراه با گرافن مكانيزم سه‌گانه‌ي اتلاف انرژي تشكيل مي‌دهند و مدول الاستيك عالي (بيش از KPa 2200)، چقرمگي فوق‌العاده (بيش از KJ.m¬-3 2111)، خود ترميم‌شوندگي سريع و همراه با بازيابي 67 درصد استحكام (نسبت به هيدروژل اصلي بريده نشده) تنها بعد از مدت زمان 10 دقيقه، بدون اعمال محرك و عامل ترميم كننده خارجي و در دماي اتاق، از خود نشان مي‌دهند. توسعه‌ي نانوكامپوزيت‌هاي هيدروژليِ شبكه‌-دوگانه‌ي تماماً فيزيكي با خواص فوق‌العاده، راه جديدي را در زمينه‌ي تحقيقات هيدروژلي مي‌گشايد و همچنين پتانسيل بالايي براي كاربردهايي در شاخه‌هاي زيست‌پزشكي همچون داربست‌، غضروف مصنوعي (غضروف طبيعي مدول الاستيك حدود kPa 1000 و چقرمگي بالاي J m-3 1)، تاندون و ماهيچه‌ها ايجاد مي‌كند. انرژي شكست بازيابي‌شده در‌ حدود kPa 542، بالاترين مقدارِ استحكامي بازيابي است كه تا حال حاضر در زمينه‌ي هيدروژل‌هاي خود ترميم‌شونده‌ي، در اين اختراع گزارش مي شود.

عنوان اختراع: ساخت نانوكامپوزيت¬هاي هوشمند داراي حافظه شكلي سه گانه در اثر گرماي مستقيم و القا جريان الكتريكي زمينه فني اختراع: بخش: (c) زيربخش: (C08) هدف از اين كار تهيه آلياژ نانوكامپوزيتي داراي حافظه شكلي سه¬گانه در اثر القا جريان الكتريكي است. مهمترين مشكلات فني پليمرهاي داراي حافظه¬شكلي سه¬گانه حاضر: 1- علي رغم مزاياي زياد تحريك¬الكتريكي حافظه شكلي، اكثر پليمرها نارسانا هستند. 2-تاكنون تمام پليمرها و نانوكامپوزيت¬هاي پليمري داراي حافظه شكلي فعال الكتريكي قادر به بازيابي تنها يك شكل هستند كه با توجه به نياز به شكل¬ها پيچيده در كاربرد مختلف ، طراحي پليمرهايي با حافظه-شكلي چندگانه ضروري است. در اين اختراع براي نخستين بار نانوكامپوزيت داراي حافظه شكلي سه¬گانه در اثر القاي جريان الكتريكي تهيه شد كه علاوه¬بر قابليت فعال سازي در اثر جريان¬الكتريكي، فعال در اثر گرماي¬مستقيم نيز است. با افزودن مقدار بهينه از گرافن به آلياژ پلي¬وينيل استات/پلي¬وينيل الكل، خواص مكانيكي و هدايت الكتريكي به¬ميزان قابل¬توجهي افزايش مي¬يابد و حضور گرافن سبب جدايي فازي در آلياژ پليمري مي¬گردد، كه دراين اختراع، از آن در جهت ايجاد خاصيت حافظه¬شكلي سه¬گانه استفاده شد. نانوكامپوزيت تهيه شده مي¬تواند در كاربردهايي نظير رباتيك، حسگرها و ماهيچه¬هاي مصنوعي قابل تحريك با الكتريسيته مورد استفاده قرار گيرد.

با افزايش درخواست براي گسترش درمان ايمن و موثر، استفاده از پليمرهاي زيست‌تخريب‌پذير طبيعي به‌طور گسترده‌اي در رهايش دارو در حال افزايش است. هدف از اين كار، تهيه‌ي هيدروژل نانوكامپوزيتي هوشمند و حساس به pH است كه تحت محرك pH‌ رهايش انتخابي دارو انجام شود. در اين كار براي نخستين بار از مواد زيست‌ تخريب‌پذير و زيست‌سازگار ژلاتين و سيتريك‌اسيد، به ترتيب به عنوان ماتريس و عامل اتصال‌دهنده عرضي در حضور نانوذرات نقره، به عنوان سامانه‌ رهايش دارو استفاده شد. هيدروژل هاي هوشمند تهيه در اين تحقيق، با يك روش ساده، سبز و بدون نياز به استفاده از حلال‌ها و مواد شيميايي سمي تهيه شدند. افزون بر اين، اثر افزودن درصدهاي مختلف عامل اتصال عرضي و حضور نانوذرات نانو نقره در بستر پليمري روي خواص تورمي، درصد ژل شدن، ميزان خاصيت ضد باكتريايي و رفتار رهايش دارو بررسي شد. درنهايت، نانوكامپوزيت هاي بارگذاري شده با آنتي بيوتيك سفكسيم، به عنوان داروي مدل، رفتار رهايش داروي كاملا وابسته به pH (با بيشينه تورم در محيط شبيه سازي شده روده) نشان دادند. نتايج بدست آمده در اين كار، نشان داد كه نمونه هاي تهيه شده، پتانسيل بالايي براي كاربرد در انتقال و تحويل هدفمند زيست مولكول هاي كوچك مانند دارو، ژن، آنزيم و .. دارند.

نانوكامپوزيت هاي پليمري هوشمند، نوع جديدي از مواد هستند كه به تغييرات محرك هاي خارجي از جمله نور، دما، ميدان الكتريكي، گلوكز و pH پاسخ گو بوده و داراي خواص مقلدزيستي بوده و در كاربردهايي مانند دارورساني ها بسيار موثر هستند. آن ها مي توانند به صورت فيلم هاي دولايه داراي حافظه شكلي حساس به pH تهيه شوند. اساس عملكرد اين فيلم ها اين است كه نيروي محركه ناشي از تورم لايه فعال بوده، در حالي كه ميزان تورم لايه دوم كمتر است و اين نابرابري در تورم منجر به رول شدن فيلم هاي بسپاري مي شود. دشواري ساخت، استفاده از پليمرهاي سنتزي گران با ساختار پيچيده، غيرزيست سازگار و غيرزيست تخريب پذير به همراه عوامل شبكه اي كننده سمي، عدم بازگشت پذير بودن رول شوندگي از مهمترين مشكلات فيلم هاي خودرول شونده هستند. در اين اختراع براي نخستين بار فيلم هاي دولايه اي هيدروژلي نانوكامپوزيتي حساس به pH تهيه شد كه قابليت فعال سازي در اثر تغييرات pH را دارد. فيلم هاي دولايه از پليمرهاي زيستي كيتوسان (حاوي نانومونتموريلونيت) و پلي وينيل الكل با ميزان تورم متفاوت در جهت ايجاد خاصيت خودرول شوندگي استفاده شد. اين فيلم ها با استفاده از روش سبز و ساده در حضور آب به عنوان حلال و بدون نياز به عوامل اتصال عرضي شيميايي تهيه شدند. فيلم هاي تهيه شده مي توانند در كاربرد هايي نظير دارورساني، صنايع تصفيه، حسگرها، بسته بندي، حامل ها و غيره مورد استفاده قرارگيرند.

اثر درماني داروها به طور مستقيم به نحوه استفاده آنها بستگي دارد و نحوه بكارگيري داروها مي‏ تواند بر سنتيك‏ دارويي، جذب، طول مدت اثر درماني و سميت داروها تاثيرگذار باشد. هدف از اين اختراع، ساخت هيدروژل نانوكامپوزيتي هوشمند حساس به pH بود كه تحت محرك pH‌ رهايش كنترل‏ شده و انتخابي دارو را انجام دهد. در اين كار از PVA كه پليمري خنثي است، براي ساخت هيدروژل PVA-بوراكس استفاده شد كه قابليت پايداري در تمامي pHها حتي در شرايط اسيدي را داشته و رفتار تورمي و رهايش داروي وابسته به pH كاملا واضحي را نشان داده است كه اين هيدروژل را گزينه مناسبي براي استفاده در كاربردهاي رهايش دارو حساس به pH مي‏كند. در حالي كه در كارهاي پيشين صورت گرفته هيدروژلهاي پلي وينيل الكل-بوراكس به دليل پايداري بسيار پايين در محيط هاي اسيدي براي دارورساني خوراكي كمتر مورد استفاده قرار گرفته و عمدتا در pH‏هاي خنثي و براي ساخت زخم پوشهاي حاوي دارو استفاده شده‏ است. در اين‏ اختراع همچنين اثر ميزان عامل اتصال‏ عرضي و حضور نانوذرات نقره روي خواص تورمي، درصد ژل‏شدن، تخريب‏پذيري، فعاليت ضدباكتريايي و رفتار رهايش ‏داروي ضدسرطان متوتروكسات بررسي شده است. نتايج نشان داد كه هيدروژل‏ ساخته شده پتانسيل بالايي براي كاربرد در انتقال و تحويل هدفمند زيست مولكولهاي كوچك مانند دارو، ژن، آنزيم و .. دارند.

در اين تحقيق از نانوذرات TiO2 اصلاح شده و نانو ذرات اصلاح شده با تركيب سيلاني APS ‏براي ‏اصلاح خواص پوشش هاي پلي يورتاني استفاده شد. براي اين منظور درصدهاي مختلفي از نانو ذرات در ‏سيستم رزيني پخش شدند و سپس فيلم نمونه ها با اعمال پوشش روي زيرآيند تهيه شد و پس از پخت خواص مختلف پوشش ها مورد بررسي قرار گرفت. رفتار كششي نمونه ها نظير استحكام كششي مدول ازدياد طول تا پارگي با دستگاه كشش مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج اين آزمون نشان داد كه خواص مكانيكي پوشش ها در حضور نانوذرات بهبود قابل ملاحظه اي از خود نشان مي دهد. تجزيه حرارتي مكانيكي پويا DMTA براي بررسي رفتار ويسكوالاستيك پوشش هاي نانو كامپوزيتي مورد استفاده قرار گرفت. به طوري كه مدول نگهداري و دماي انتقال شيشه اي با وارد سازي نانو ذرات تا يك مقدار بهينه افزايش نشان داد. اندازه گيري ماكرو سختي نمونه ها با استفاده از دستگاه سختي سنجي پاندولي از نوع كونيگ انجام گرفت و نتايج اين آزمون نشان داد كه سختي نمونه ها با افزاش درصد نانوذرات افزايش مي يابد. طيف سنجي مرئي فرابنفش براي اندازه گيري جذب و عبور پوشش هاي نانوكامپوزيتي در محدوده طول موج 200 تا 700 نانومتر مورد استفاده قرار گرفت. نتايج نشان داد كه ميزان جذب تابش فرابنفش با افزايش درصد نانوذرات افزايش مي يابد. افزون بر اين شفافيت پوشش هاي داراي نانو ذرات اصلاح شده بيشتر از نوع اصلاح نشده بود كه اين مي تواند نشان گر پخش بهتر نانوذرات اصلاح شده در سيستم رزيني باشد. براي بررسي مورفولوژي سطوح شكست حاصل از آزمون كشش از دستگاه ميكروسكوپ الكتروني رويشي SEM استفاده شد. در مقايسه با پوشش پلي يورتاني خالص سطوح شكست پوشش هاي نانو كامپوزيتي به طور قابل توجهي ريزتر بود در واقع نانوذرات به عنوان مانعي در برابر رشد ترك ها عمل نموده و باعث انحراف و شاخه اي شدن راس ترك شده اند. همچنين نتايج بررسي با ميكروسكوپ الكتروني رويشي نشان داد كه پوشش هاي كامپوزيتي تقويت شده با نانوذرات TiO2 اصلاح شده داراي سطح مشترك بهتري هستند كه اين امر منجر به استحكام كششي و انرژي شكست بالاتر آنها شده است.