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Shape Memory Polymers for Active Cell Culture

Shape memory polymers (SMPs) are a class of "smart" materials that have the ability to change from a fixed, temporary shape to a pre-determined permanent ...

In this paper, we report on the development of a new and broadly applicable strategy to produce thermally mendable polymeric materials, demonstrated with an epoxy/poly(-caprolactone) (PCL) phase-separated blend. The initially miscible blend composed of 15.5 wt % PCL undergoes polymerization-induced phase separation during cross-linking of the epoxy, yielding a "bricks and mortar" morphology wherein the epoxy phase exists as interconnected spheres (bricks) interpenetrated with a percolating PCL matrix (mortar). The fully cured material is stiff, strong, and durable. A heating-induced "bleeding" behavior was witnessed in the form of spontaneous wetting of all free surfaces by the molten PCL phase, and this bleeding is capable of repairing damage by crack-wicking and subsequent recrystallization with only minor concomitant softening during that process. The observed bleeding is attributed to volumetric thermal expansion of PCL above its melting point in excess of epoxy brick expansion, which we term differential expansive bleeding (DEB). In controlled thermal-mending experiments, heating of a cracked specimen led to PCL extrusion from the bulk to yield a liquid layer bridging the crack gap. Upon cooling, a "scar" composed of PCL crystals formed at the site of the crack, restoring a significant portion of the mechanical strength. When a moderate force was applied to assist crack closure, thermal-mending efficiencies exceeded 100%. We further observed that the DEB phenomenon enables strong and facile adhesion of the same material to itself and to a variety of materials, without any requirement for macroscopic softening or flow.

A thermoplastic/thermoset blend exhibiting thermal mending and reversible adhesion.

In diesem Beitrag berichten wir &uuml;ber die Entwicklung einer neuen und breit anwendbare Strategie, thermisch mendable Polymere Werkstoffe, demonstrierten mit einer epoxy/poly(-caprolactone) (PCL) Phase getrennte Mischung zu produzieren. Die anf&auml;nglich mischbar Mischung bestehend aus 15,5 Gew.-% erf&auml;hrt PCL induziert durch Polymerisation Phase, die Trennung bei der Vernetzung von Epoxy, woraus sich eine &quot;Ziegel und M&ouml;rtel&quot; Morphologie worin die Epoxy-Phase als miteinander verbundene Kugeln (Ziegel) interpenetrated mit einer durchsickernd PCL-Matrix (M&ouml;rtel) vorhanden ist. Das vollst&auml;ndig ausgeh&auml;rtete Material ist steif, stark und langlebig. Eine Heizung-induzierte &quot;blutende&quot; Verhalten wurde in Form von spontanen Befeuchten der alle freien Fl&auml;chen von der geschmolzenen PCL-Phase bezeugt, und diese Blutungen kann der Behebung von Sch&auml;den durch Sprung-Feuchtigkeitsregulierung und nachfolgende Rekristallisation mit nur geringf&uuml;gigen damit einhergehende Aufweichung w&auml;hrend dieses Vorgangs. Die beobachteten Blutung ist thermische Volumenausdehnung PCL &uuml;ber seinen Schmelzpunkt &uuml;ber Epoxy Backstein-Erweiterung zugeordnet, wir differenzielle expansive Blutungen (DEB) bezeichnen. In kontrollierten Thermal-Ausbessern-Experimente f&uuml;hrte Heizung eines gebrochenen Exemplars zu PCL-Extrudieren von der Masse, eine fl&uuml;ssige Schicht, die die Sprung-L&uuml;cke zu erbringen. Bei der K&uuml;hlung, ein &quot;Scar&quot;, komponiert von PCL-Kristallen gebildet am Standort des Risses, Wiederherstellen einen signifikanten Anteil an die mechanische Festigkeit. Wenn eine m&auml;&szlig;ige Kraft angewendet wurde, um Riss Schlie&szlig;ung zu unterst&uuml;tzen, &uuml;berschritten Thermal-Ausbessern-Effizienz 100 % haben. Wir beobachten weiter, dass das DEB-Ph&auml;nomen stark und oberfl&auml;chlichen Haftung aus dem gleichen Material f&uuml;r sich selbst und einer Vielzahl von Materialien, ohne jede Anforderung f&uuml;r makroskopische aufweichen oder Fluss erm&ouml;glicht.

Eine thermische Ausbessern und reversible Adh&auml;sion Thermoplast/Duroplast-Mischung.

Self-healing (SH) polymers are responsive polymeric materials that can repair mechanical damage such as cracks in an autonomous fashion. In most SH polymers studies reported to date, crack closure was either unaddressed or achieved by manual intervention. Here, we report a new strategy that utilizes shape memory (SM) to prepare novel SH polymers that are capable of simultaneously closing and rebonding cracks with a simple thermal trigger. This strategy, termed "shape memory assisted self-healing (SMASH)", is demonstrated in a blend system consisting of cross-linked poly(Îµ-caprolactone) network (n-PCL) with linear poly(Îµ-caprolactone) (l-PCL) interpenetrating the network, and exhibits a combination of SM response from the network component and SH capacity from the linear component. Thermomechanical analysis revealed that the thermoset, n-PCL, demonstrates reversible plasticity -a form of shape memory where large plastic deformation at room temperature is fully recoverable upon heating. This SM action assists to close any cracks formed during deformation and/or damage while l-PCL chains tackify the crack surfaces by diffusion to the free surface and ultimately across the area of damage during the same heating step as used for SM. In our study, we investigated the controlled damage and SMASH healing of blends with varying composition using tensile testing of essential work of fracture film specimens. The healing component, l-PCL used had a high M(w) (M(w) âˆ¼65k g/mol) to enable re-entanglement after diffusion across the interface while the shape memory component, n-PCL was prepared from PCL telechelic diacrylates and a tetrathiol cross-linker, yielding excellent shape memory. We found excellent self-healing of films by the SMASH mechanism, with near complete healing for l-PCL contents exceeding 25 wt %. Applications are envisioned in the area of self-healing bladders, inflated structure membranes, and architectural building envelopes.

Linear/network poly(Îµ-caprolactone) blends exhibiting shape memory assisted self-healing (SMASH).

Selbstheilung (SH)-Polymere sind reaktionsschnelle polymeren Werkstoffen, die mechanische Sch&auml;den wie Risse auf autonome Weise reparieren k&ouml;nnen. In den meisten SH Polymere Studien berichtet bis heute knacken Schlie&szlig;ung unadressierte oder durch manuelle Eingriffe erreicht wurde. Hier berichten wir &uuml;ber eine neue Strategie, die nutzt Formged&auml;chtnis (SM), Roman SH Polymere vorzubereiten, die gleichzeitig schlie&szlig;en und rebonding Risse mit einem einfachen thermischen Ausl&ouml;ser sind. Diese Strategie, genannt &quot;Formged&auml;chtnis unterst&uuml;tzt die Selbstheilung (SMASH)&quot;, zeigt sich in einer Mischung-System, bestehend aus vernetztem poly(&epsilon;-caprolactone) Netzwerk (n-PCL) mit linearen poly(&epsilon;-caprolactone) (l-PCL) unvorstellbarer im Netzwerk und zeigt eine Kombination von SM-Antwort aus der Netzwerkkomponente und SH-Kapazit&auml;t aus der linearen Komponente. Thermomechanische Analyse ergab, dass die duroplastischen, n-PCL, veranschaulicht umkehrbare Plastizit&auml;t - eine Form von Formged&auml;chtnis, wo gro&szlig;e plastische Verformung bei Raumtemperatur beim Erhitzen vollst&auml;ndig wiederherstellbar ist. Diese SM-Aktion hilft schlie&szlig;en Risse bildeten w&auml;hrend der Verformung und/oder Sch&auml;den w&auml;hrend l-PCL-Ketten die Sprung-Oberfl&auml;chen tackify durch Diffusion auf der freien Oberfl&auml;che und letztlich &uuml;ber den Bereich der Besch&auml;digung w&auml;hrend des gleichen Heizung Schritt als gebraucht f&uuml;r SM. In unserer Studie untersuchten wir die kontrollierte und SMASH Heilungsboni von Mischungen mit unterschiedlicher Zusammensetzung mit Zugversuche wesentliche Arbeiten der Fraktur Film Exemplare. Die heilende Komponente, l-PCL verwendet hatte eine hohe M(w) (M(w)/&sim;65k g/Mol) Re-entanglement aktivieren nach Verbreitung &uuml;ber die Schnittstelle w&auml;hrend der Shape-Speicherkomponente, n-PCL wurde vorbereitet von PCL-Telechelic-Diacrylates und ein Tetrathiol Cross-Linker, woraus ausgezeichnete Formged&auml;chtnis. Wir fanden hervorragende Selbstheilung Filme durch den SMASH-Mechanismus mit nahe vollst&auml;ndige Heilung f&uuml;r l-PCL-Inhalte, die von mehr als 25 Gew.-%. Anwendungen sind im Bereich der Selbstheilung, Blasen, aufgeblasene Struktur Membranen und architektonische Geb&auml;udeh&uuml;llen vorgestellt.

Article	Year
A thermoplastic/thermoset blend exhibiting thermal mending and reversible adhesion. ACS applied materials & interfaces\| PubMed ID: 20355983	2009
Linear/network poly(Îµ-caprolactone) blends exhibiting shape memory assisted self-healing (SMASH). ACS applied materials & interfaces\| PubMed ID: 21250636	2011

Xiaofan Luo

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