Кінетика фотостимульованих структурних перетворень у епоксидних полімерних матеріалах біосенсорного призначення

Abstract

Дисертація присвячена теоретичному та експериментальному дослідженню кінетики фотополімеризаційних процесів у біополімерних епоксидних системах на основі акрилованої епоксидованої соєвої олії (AESO) та встановленню взаємозв’язку між кінетичними параметрами фотополімеризації, структурою полімерної сітки та функціональними властивостями матеріалів для біосенсорних застосувань. Дослідження виконувались із застосуванням комплексного спектроскопічного підходу, що поєднує електронний парамагнітний резонанс (ЕПР), ближню інфрачервону спектроскопію (БІЧ) та позитронну анігіляційну спектроскопію (ПАС). Отримані результати є важливими для розуміння фундаментальних закономірностей формування полімерної сітки під час фотополімеризації та можуть бути використані для оптимізації технологічних режимів виготовлення функціональних біополімерних матеріалів, зокрема наноструктурованих мембран, покриттів та іммобілізаційних матриць для біосенсорів. Отримані результати ультрананоіндентування (UNHT) демонструють вплив неоднорідності сітки, зумовленої неоднорідним поширенням фронту реакції, ініційованого ультрафіолетовим світлом, на механічні властивості затверділого полімеру на нанорівні. З’ясовано, що метод наноіндентування з ультрананотвердометром UNHT є потужним інструментом для вивчення фотостимульованих структурних змін у полімерах та виявлення незначних впливів на властивості матеріалу. Досліджено вплив фотоініціатора на параметри вільного об’єму полімерної сітки на основі AESO з добавками ваніліндиметакрилату (VDM) та ваніліндіакрилату (VDA), AESO:VDM та AESO:VDA. Використовуючи модель Тао-Елдрупа, розраховано розміри вільних об’ємів для досліджуваних зразків при 20ºC та -100ºC. На основі порівняння об’ємів за цих двох температур виявлено, що зниження температури на 120 K у всіх зразках приводить до зменшення розміру вільних об’ємів приблизно в 2,1-2,5 рази. Вимірювання часів життя анігіляції позитронів (PALS) залежно від температури (23-150°C) дозволяють визначити температуру склування Tg за перегином на графіках τ3(T). Показано, що добавка VDA і VDM до AESO не впливає на розміри вільних об’ємів, тоді як додавання фотоініціатора PI відповідає за зміни розмірів вільних об’ємів вище Tg. Встановлено, що зразки AESO:VDA та AESO:VDM у досліджуваних концентраціях характеризуються подібною морфологією щодо розміру та розподілу вільного об'єму, тоді як додавання фотоініціатора DMPA (3 мол. %) до AESO та сумішей на основі AESO дозволяє суттєво змінити структурну морфологію та вільні об’єми на нанорівні. Отримані результати слід враховувати при конструюванні полімер-базованих біосенсорів відповідно до потреб аналізу. Розроблена методологія комплексного спектроскопічного моніторингу може бути застосована для оптимізації технологічних параметрів виготовлення фотополімерних матеріалів з контрольованою наноструктурою для біосенсорних застосувань, зокрема: трекових мембран з заданою пористістю та функціоналізованою поверхнею для селективного транспорту іонів; полімерних матриць для іммобілізації біомолекул з оптимізованими механічними та дифузійними характеристиками; фоточутливих покриттів для мікро- та наноструктурування біосенсорних платформ методами фотолітографії.