Systematic selection of solvents for the fabrication of 3D combined macro- and microporous polymeric scaffolds for soft tissue engineering

In this study, we investigate the fabrication of 3D porous poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) scaffolds using the thermally-induced phase separation technique. The current study focuses on the selection of alternative solvents for this process using a number of criteria, including predicted solubility. toxicity, removability and processability. Solvents were removed via either vacuum freeze-drying or leaching, depending on their physical properties. The residual solvent was tested using gas chromatography-mass spectrometry. A large range of porous, highly interconnected scaffold architectures with tunable pore size and alignment was obtained, including combined macro- and microporous structures and an entirely novel 'porous-fibre' structure. The morphological features of the most promising poly(lactic-co-glycolic acid) scaffolds were analysed via scanning electron microscopy and X-ray micro-computed tomography in both two and three dimensions. The Young's moduli of the scaffolds under conditions of temperature, pH and ionic strength similar to those found in the body were tested and were found to be highly dependent on the architectures.

Thiol-containing microspheres as polymeric ligands for the immobilisation of quantum dots

The first demonstration "polymeric ligands" for the immobilisation of quantum dots (QDs) is presented. Specifically, thiol-containing polystyrene microspheres were synthesised and used to incorporate QDs via a swelling/doping strategy. The resultant composite materials were shown to be highly stable against QD leaching in both apolar and polar solvents and retained an identical QD emission profile to non-immobilised QDs. This straightforward approach also allows easy access to controllable and reproducible multiple-QDcontaining microspheres.

Charge-balanced copolymer hydrogels:potential as biomedical materials

Polyzwitterionic-containing hydrogel materials been proposed for use in biomaterial applications. Polyzwitterions contain anions and cations in the same monomeric unit, unlike polyampholytes which contain them in different monomeric units. The use of cationic and anionic monomers in stoichiometrically equivalent proportions produces charge-balanced polyampholytes (PA) copolymers. Membranes prepared using either betaine-containing (BT) polyzwitterionic copolymers or PA copolymers can share similar properties, but the range of EWCs offered by membranes incorporating BT and PA monomers is greater than that for conventional neutral hydrogels and methacrylic acid-based systems. Here we compare properties of BT-containing and PA-containing copolymer membranes, relevant to their potential as biomedical materials. Membranes of the copolymers were prepared as previously described. Surface energy was determined using a GBX Digidrop (GBX Scientific Instruments), with diidomethane and water as probes. The absorption of proteins was determined by soaking the membranes in 1mg/ml protein solutions for a predetermined time, and measuring UV absorption of the membranes at certain wavelengths. The BT and PA copolymer membranes displayed similar values for the polar components and dispersive components of total surface free energy. This was perhaps not surprising when the structures of the monomers were considered. The BT and PA copolymer membranes displayed differences in their protein absorption over time, with the PA demonstrating higher uptake of protein than the BT. In addition to the aforementioned greater EWC range, the use of BT and PA copolymer membranes also avoids some of the problems associated with net anionicity. Comparison of the BT copolymer with the “pseudo” zwitterionic PA copolymers shows that controlled molecular architecture is required to gain the benefits of balancing the charges present in the copolymers in a way that will make them beneficial to hydrogel design.

A highly emissive inorganic hexamolybdenum cluster complex as a handy precursor for the preparation of new luminescent materials

The synthesis and characterisation of a new, highly luminescent inorganic cluster complex, (Bu4N)2[Mo6I 8(NO3)6], are described. The complex possesses labile nitrato ligands and is therefore a useful precursor for the design of new luminescent materials. To exemplify this, functionalised polystyrene beads have been utilised as "polymeric ligands" to immobilise the molybdenum cluster complex. This journal is © the Partner Organisations 2014.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Experimental studies on comparison of microwave curing and thermal curing of epoxy resins used for alternative mould materials

In this present work attempts have been made to study the glass transition temperature of alternative mould materials by using both microwave heating and conventional oven heating. In this present work three epoxy resins, namely R2512, R2515 and R2516, which are commonly used for making injection moulds have been used in combination with two hardeners H2403 and H2409. The magnetron microwave generator used in this research is operating at a frequency of 2.45 GHz with a hollow rectangular waveguide. In order to distinguish the effects between the microwave and conventional heating, a number of experiments were performed to test their mechanical properties such as tensile and flexural strengths. Additionally, differential scanning calorimeter technique was implemented to measure the glass transition temperature on both microwave and conventional heating. This study provided necessary evidences to establish that microwave heated mould materials resulted with higher glass transition temperature than the conventional heating. Finally, attempts were also made to study the microstructure of microwave-cured materials by using a scanning electron microscope in order to analyze the morphology of cured specimens.