تدعم شركة CIQTEK SEM النشر في مجلة Advanced Functional Materials حول المواد الهلامية اللاصقة التي يتم التحكم في درجة حرارتها

July 16, 2025

أجرى فريق البروفيسور لاي يويكون من جامعة فوتشو بحثًا مبتكرًا لتلبية الطلب المُلِحّ على الهلاميات المائية اللاصقة القوية في مجالات مثل أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء، والروبوتات اللينة، وهندسة الأنسجة، وضمادات الجروح. تواجه المواد اللاصقة البينية حاليًا تحديين تقنيين رئيسيين: أولًا، صعوبة تحقيق انتقال سريع وعكسيّ بين الحالة اللاصقة وغير اللاصقة؛ وثانيًا، ضعف أداء الالتصاق في البيئات متعددة السوائل. أجرى الفريق مؤخرًا دراسات متعمقة باستخدام مجهر مسح إلكتروني CIQTEK .

تم تصنيع هيدروجيل PANC/T من الأكريلاميد (AAm)، وN-أيزوبروبيل أكريلاميد (NIPAM)، ومحلول ميسيلار مكون من كبريتات دوديسيل الصوديوم/ميثيل أوكتاديسيل ميثاكريلات/كلوريد الصوديوم (SDS/OMA/NaCl)، وحمض الفوسفوتنغستيك (PTA). أتاحت التفاعلات الديناميكية بين سلاسل PNIPAM وSDS الالتصاق والفصل عند الحاجة. نتج عن النقع الإضافي في محلول Fe³⁺ هيدروجيل PANC/T-Fe، الذي يحقق التصاقًا قويًا في مختلف البيئات الرطبة. أدى ذلك إلى تطوير هيدروجيل لاصق ذكي ذو واجهة تفاعلية سريعة الاستجابة، وقادر على التحكم في الالتصاق والفصل في ظروف رطوبة مختلفة.

وقد تم نشر البحث في المواد الوظيفية المتقدمة تحت عنوان "هلاميات مائية لاصقة يمكن التحكم فيها بوساطة درجة الحرارة مع خصائص التصاق رطبة ملحوظة بناءً على التفاعلات الديناميكية بين السلاسل".

CIQTEK SEM Supports Publication in Advanced Functional Materials on Temperature-Controlled Adhesive Hydrogels

تخليق وخصائص هيكلية هيدروجيل لاصق قابل للتحكم

يُصنع هيدروجيل PANC/T-Fe عن طريق بلمرة مشتركة لـ AAm محب للماء، وNIPAM محب للماء، وOMA كاره للماء. يعمل PTA كعامل ربط متشابك، مُشكلاً روابط هيدروجينية مع مجموعات الأمينو على سلاسل البوليمر لتكوين شبكة مستقرة. اكتشف الفريق أن التفاعلات بين NIPAM وSDS ضرورية لالتصاق الهيدروجيل الحساس للحرارة. في درجات الحرارة المنخفضة، يتبلور SDS ويلتصق بسلاسل PNIPAM، مما يمنع المجموعات الوظيفية اللاصقة من التفاعل مع الركائز ويقلل الالتصاق. مع ارتفاع درجة الحرارة، تذوب بلورات SDS، مما يُحسن التلامس بين المجموعات اللاصقة والركائز ويزيد الالتصاق بشكل ملحوظ. يُعزز PTA الالتصاق في درجات الحرارة العالية من خلال التفاعل الفيزيائي مع مجموعات الأمينو البوليمرية؛ يضعف هذا التفاعل عند التسخين، مما يُليّن الهيدروجيل ويُولّد المزيد من مواقع الالتصاق. يُمكّن التنظيم الديناميكي بين سلاسل البوليمر من التصاق عكسي عند الطلب.

Figure 1. Hydrogel synthesis and mechanism of reversible wet adhesion. الشكل 1. تركيب الهيدروجيل وآلية الالتصاق الرطب القابل للعكس.

آلية تنظيم درجة الحرارة لأداء الالتصاق

من خلال تجارب مقارنة، أكد الفريق أن التأثير التآزري لمحلول NIPAM والمحلول الميسيلي هو مفتاح الالتصاق الحساس للحرارة للهلام المائي. تشير نتائج قياس السعرات الحرارية التفاضلية (DSC) إلى أن استجابة درجة الحرارة لا ترتبط بدرجة حرارة المحلول الحرجة المنخفضة (LCST) لمحلول NIPAM، بل تتأثر بتفاعلات NIPAM-SDS، التي تُغير درجة حرارة تبلور SDS. كشف اختبار FT-IR في الموقع أن زيادة درجة الحرارة تُضعف الروابط الهيدروجينية بين السلاسل، مما يُطلق المزيد من المجموعات اللاصقة ويُعزز الالتصاق. كما أكد التحليل الريولوجي التغيرات المرتبطة بدرجة الحرارة في التفاعلات الجزيئية، مما يُؤدي إلى تحول الهيدروجيل من الحالة الصلبة إلى الحالة المرنة.

Figure 2. Mechanism study of temperature-sensitive adhesion. الشكل 2. دراسة آلية الالتصاق الحساس لدرجة الحرارة.

التصاق عند الطلب وأداء التصاق قوي في الرطوبة

يتميز هيدروجيل PANC/T-Fe بالالتصاق عند الطلب دون الحاجة إلى طاقة خارجية، ويمكن تحقيقه بمجرد وضع الثلج عليه. في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية)، يكون الهيدروجيل ناعمًا وعالي اللزوجة، مما يجعل تقشيره عن الزجاج صعبًا دون ترك أي بقايا. يعزز العلاج بالثلج التماسك الداخلي والمرونة، مما يُسهّل الانفصال الحميد ويُقلل من قوة الالتصاق. ظل الالتصاق ثابتًا على مدار دورات متعددة بين 5 و25 درجة مئوية، مما يُظهر قابلية عكسية جيدة. يتميز التصاق الهيدروجيل القابل للتحكم في بيئات مختلفة بإمكانيات كبيرة في التئام الأنسجة، وإصلاح المواد، ومحركات البيئات الرطبة.

Figure 3. Performance testing of reversible adhesion.

الشكل 3. اختبار أداء الالتصاق القابل للعكس.

أداء الالتصاق الرطب في بيئات سائلة مختلفة

يُظهر الهيدروجيل أداءً ممتازًا في البيئات السائلة. تحتوي سلاسل البوليمر المشترك على وحدات محبة للماء وأخرى كارهة له؛ وبعد المعالجة بـ Fe³⁺، تنتقل هذه الأجزاء وتعيد ترتيبها على السطح، مما يُتيح التصاقًا قويًا في كلٍّ من الماء والزيت. باستخدام سيكتيك SEM3100 لاحظ الفريق تغيرات هيكلية قبل وبعد نقع Fe³⁺، مؤكدًا إعادة ترتيب شبكة البوليمر. أظهرت الدراسات التي أُجريت على تأثير NIPAM وPTAs أن تأثيرهما المشترك أدى إلى التصاق ممتاز في البيئات الجافة والمائية والزيتية، حيث بلغت قوة الالتصاق 121 كيلو باسكال، و227 كيلو باسكال، و213 كيلو باسكال على التوالي. يلتصق الهيدروجيل بقوة بمختلف الركائز، بما في ذلك الزجاج والمعادن والخشب، ويحافظ على التصاق جيد في العديد من المذيبات العضوية والمحاليل المائية.

Figure 4. Wet adhesion performance in various liquid environments. الشكل 4. أداء الالتصاق الرطب في بيئات سائلة مختلفة.

Figure S10. SEM images of hydrogel cross-section before and after Fe³⁺ treatment showing network loosening. الشكل S10. صور المجهر الإلكتروني الماسح للمقطع العرضي للهيدروجيل قبل وبعد معالجة Fe³⁺ والتي تُظهر ارتخاء الشبكة.

أداء الإصلاح على المواد التالفة

يتمتع هيدروجيل PANC/T-Fe بآفاق استخدام واسعة في الإصلاح المؤقت للمواد التالفة. على سبيل المثال، في اختبارات إصلاح تسرب نماذج القوارب، يُوقف الهيدروجيل تسرب السوائل بسرعة؛ حيث تتحمل القوارب المُصلَحة أوزانًا معينة دون تسرب. عند إصلاح الأسطح التالفة في الماء والزيت، يتحمل الهيدروجيل أقصى ضغوط انفجار تبلغ 57 كيلو باسكال و49 كيلو باسكال على التوالي. يتيح تطبيق الثلج سهولة الإزالة دون ترك أي بقايا، وهي ميزة قيّمة في تطبيقات المواد الطبية الحيوية والذكية، مما يُظهر إمكانات عملية كبيرة.

Figure 5. Temporary repair performance of PANC/T-Fe hydrogel. الشكل 5. أداء الإصلاح المؤقت لهيدروجيل PANC/T-Fe.

نجحت هذه الدراسة في تصنيع هيدروجيل PANC/T-Fe يتميز بقوة التصاق عالية في بيئات متنوعة، وقابلية عكسية للالتصاق عند الطلب. وأوضحت كيف تؤثر التفاعلات الديناميكية بين السلاسل على أداء الالتصاق، مقدمةً بذلك إرشادات نظرية لمواد لاصقة ذكية جديدة. لا يتطلب الالتصاق عند الطلب طاقة خارجية، ويمكن تحقيقه باستخدام الثلج، مما يوفر نهجًا جديدًا للمواد اللاصقة الذكية في البيئات السائلة. ومن المتوقع أن يُمكّن هذا التحكم المبتكر في أداء الالتصاق من تطبيقات واسعة، ويطور تقنيات اللصق الذكية، مقدمًا حلولًا جديدة لتحديات الالتصاق.

منتجات ذات صله

field emission scanning electron microscope fe sem

فيسيم | SEM4000Pro

تحليلي شوتكي مجهر مسح الانبعاث الميداني الإلكتروني (FESEM) سيكتيك SEM4000Pro هو نموذج مجهر مسح إلكتروني تحليلي FE-SEM مزود بمدفع إلكترونات شوتكي عالي السطوع وطويل العمر. يوفر تصميم عدساته الكهرومغناطيسية ثلاثية المراحل مزايا كبيرة في التطبيقات التحليلية مثل EDS/EDX، وEBSD، وWDS، وغيرها. يأتي النموذج قياسيًا مع وضع الفراغ المنخفض وكاشف إلكترونات ثانوي عالي الأداء ومنخفض الفراغ، بالإضافة إلى كاشف إلكترونات مرتد قابل للسحب، مما يُسهّل رصد العينات ضعيفة التوصيل أو غير الموصلة.

يتعلم أكثر

خيوط التنغستن SEM | سيم3300

دقة عالية جدًا مجهر مسح إلكتروني بخيوط التنغستن ال سيكتيك SEM3300 المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) يتضمن تقنيات مثل بصريات الإلكترونات "النفق الفائق"، وكاشفات الإلكترونات داخل العدسة، والعدسات الشيئية المركبة الكهروستاتيكية والكهرومغناطيسية. بتطبيق هذه التقنيات على مجهر خيوط التنغستن، يتم تجاوز حد الدقة الثابت لهذا المجهر، مما يُمكّن مجهر خيوط التنغستن من إجراء تحليلات منخفضة الجهد لم تكن تُنجز سابقًا إلا باستخدام مجهرات الانبعاث الميداني.

يتعلم أكثر

FESEM عالي الدقة للغاية | SEM5000X

مجهر مسح إلكتروني عالي الدقة بانبعاث المجال (FESEM) ال سيكتيك SEM5000X مجهر FESEM فائق الدقة بتصميم عمود بصري إلكتروني مُحسّن، يُقلل الانحرافات الكلية بنسبة 30%، محققًا دقة فائقة تبلغ 0.6 نانومتر عند 15 كيلو فولت و1.0 نانومتر عند 1 كيلو فولت. دقته العالية واستقراره يجعله مفيدًا في أبحاث المواد النانوية الهيكلية المتقدمة، بالإضافة إلى تطوير وتصنيع رقائق الدوائر المتكاملة شبه الموصلة عالية التقنية.

يتعلم أكثر

خيوط التنغستن الماسحة ضوئيًا | SEM3200

خيوط التنغستن عالية الأداء وعالمية SEM مجهر ال مجهر المسح الإلكتروني CIQTEK SEM3200 مجهر مسح إلكتروني (SEM) متعدد الأغراض ممتاز مصنوع من خيوط التنغستن، يتميز بقدرات إجمالية فائقة. يضمن تصميمه الفريد المزود بمدفع إلكتروني ثنائي الأنود دقة عالية، ويُحسّن نسبة الإشارة إلى الضوضاء في الصورة عند جهد إثارة منخفض. علاوة على ذلك، يوفر مجموعة واسعة من الملحقات الاختيارية، مما يجعل SEM3200 جهازًا تحليليًا متعدد الاستخدامات وسهل الاستخدام.

يتعلم أكثر

الأخبار و الأحداث