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Polímeros inteligentes são materiais avançados com capacidade para responder a estímulos provocados por pequenas alterações no seu meio envolvente. Os polímeros inteligentes compatíveis com água representam uma classe importante desses materiais com aplicações em biomedicina, bionanotecnologia ou na libertação controlada de fármacos. Por exemplo, o inchamento/desinchamento de hidrogeis devido à variação da temperatura, pH, força iónica ou radiação eletromagnética torna estes materiais úteis no tratamento de diversas patologias. Podem também ser aplicados em processos de separação. Estes materiais avançados são redes que têm sido obtidas através de polimerizações de monómeros multifuncionais, tal como a polimerização radicalar de monómeros multivinílicos. As propriedades finais dependem das condições de síntese usadas que condicionam a estrutura obtida. Assim, a temperatura de preparação, razão molar inicial entre monómeros vinílicos/divinílicos ou a incorporação de um co solvente podem ser usadas para modificar a relação estrutura/propriedades. Um papel importante na produção e melhoria das propriedades de polímeros inteligentes é desempenhado pela chamada engenharia molecular, nomeadamente no projeto de novas condições de síntese para obter materiais com propriedades pré-definidas em relação com a previsão do seu desempenho, tal como na libertação controlada de fármacos. A modelização matemática é desde há muitos anos usada para melhorar a produção de materiais com propriedades pré-definidas. Devido à complexidade das polimerizações radicalares não-lineares, das quais a síntese de hidrogeis e outros tipos de polímeros inteligentes são casos particulares, subsistem alguns problemas pendentes na sua modelização. Os métodos tradicionais de modelização desses sistemas apresentam sérias limitações na sua aplicação, nomeadamente se ocorrer a formação de gel.
A equipa de investigação deste projeto desenvolveu recentemente uma teoria geral de modelização cinética que  |
Resumo
Polímeros inteligentes são materiais avançados com capacidade para responder a estímulos provocados por pequenas alterações no seu meio envolvente. Os polímeros inteligentes compatíveis com água representam uma classe importante desses materiais com aplicações em biomedicina, bionanotecnologia ou na libertação controlada de fármacos. Por exemplo, o inchamento/desinchamento de hidrogeis devido à variação da temperatura, pH, força iónica ou radiação eletromagnética torna estes materiais úteis no tratamento de diversas patologias. Podem também ser aplicados em processos de separação. Estes materiais avançados são redes que têm sido obtidas através de polimerizações de monómeros multifuncionais, tal como a polimerização radicalar de monómeros multivinílicos. As propriedades finais dependem das condições de síntese usadas que condicionam a estrutura obtida. Assim, a temperatura de preparação, razão molar inicial entre monómeros vinílicos/divinílicos ou a incorporação de um co solvente podem ser usadas para modificar a relação estrutura/propriedades. Um papel importante na produção e melhoria das propriedades de polímeros inteligentes é desempenhado pela chamada engenharia molecular, nomeadamente no projeto de novas condições de síntese para obter materiais com propriedades pré-definidas em relação com a previsão do seu desempenho, tal como na libertação controlada de fármacos. A modelização matemática é desde há muitos anos usada para melhorar a produção de materiais com propriedades pré-definidas. Devido à complexidade das polimerizações radicalares não-lineares, das quais a síntese de hidrogeis e outros tipos de polímeros inteligentes são casos particulares, subsistem alguns problemas pendentes na sua modelização. Os métodos tradicionais de modelização desses sistemas apresentam sérias limitações na sua aplicação, nomeadamente se ocorrer a formação de gel.
A equipa de investigação deste projeto desenvolveu recentemente uma teoria geral de modelização cinética que permite fazer a descrição detalhada da arquitetura molecular de polímeros não lineares, em particular permite prever distribuições de massas moleculares (MWD), distribuições de tamanhos de sequências (SLD) e raio de giração médio z (Rg).
Este projeto tem como objetivo o uso deste método no estudo da engenharia molecular de hidrogeis, nomeadamente através do projeto de condições de síntese com impacto nas propriedades das redes produzidas. A operação em reator semifechado com alimentação programada no tempo dos reagentes é uma ferramenta que será usada na manipulação da sua arquitetura molecular. Os estudos teóricos serão acompanhados de um programa experimental que inclui a síntese em reactor fechado/semifechado de hidrogeis sensíveis à temperatura e ao pH considerando os sistemas químicos N-isopropilacrilamida/N,N'-metilenobisacrilamida (NIPA/BAAm) e Acrilamida/Ácido Acrílico/ N,N'-metilenobisacrilamida (AM/AA/BAAm). A evolução com o tempo de reação de propriedades dos polímeros (frações solúvel e insolúvel) será medida usando os sistemas SEC/RI/MALLS e FTIR-ATR e métodos gravimétricos. Estará disponível informação experimental das cinéticas de consumo de monómeros, MWD e correspondentes médias, Rg, composição dos co- e terpolímeros e frações de material solúvel/insolúvel. O desempenho dos hidrogeis será testado através da medição das suas razões de inchamento, resultantes de variações na temperatura ou pH, e da sua cinética de inchamento/desinchamento. A comparação entre resultados experimentais e previsões será usada para projetar novas condições de síntese que permitam otimizar as propriedades das redes. No fim do projeto espera-se ter desenvolvido uma ferramenta com aplicações na especificação de sistemas químicos e condições de operação a ser usadas na produção de polímeros inteligentes compatíveis com água com propriedades por medida. Estas ideias deverão ser confirmadas com os hidrogeis NIPA/BAAm e AM/AA/BAAm que serão sintetizados em laboratório |