Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
In Situ Cross-Linking of Stimuli-Responsive Hemicellulose Microgels during Spray Drying
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE), Fibre and Polymer Technology, Polymer Technology. Sichuan University, China.ORCID iD: 0000-0003-2689-0251
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE), Fibre and Polymer Technology, Polymer Technology.
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE), Fibre and Polymer Technology, Polymer Technology.ORCID iD: 0000-0002-5850-8873
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE), Fibre and Polymer Technology, Polymer Technology.ORCID iD: 0000-0002-1631-1781
Show others and affiliations
2015 (English)In: ACS Applied Materials and Interfaces, ISSN 1944-8244, E-ISSN 1944-8252, Vol. 7, no 7, 4202-4215 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Chemical cross-linking during spray drying offers the potential for green fabrication of microgels with a rapid stimuli response and good blood compatibility and provides a platform for stimuli-responsive hemicellulose microgels (SRHMGs). The cross-linking reaction occurs rapidly in situ at elevated temperature during spray drying, enabling the production of microgels in a large scale within a few minutes. The SRHMGs with an average size range of similar to 1-4 mu m contain O-acetyl-galactoglucomannan as a matrix and poly(acrylic acid), aniline pentamer (AP), and iron as functional additives, which are responsive to external changes in pH, electrochemical stimuli, magnetic field, or dual-stimuli. The surface morphologies, chemical compositions, charge, pH, and mechanical properties of these smart microgels were evaluated using scanning electron microscopy, IR, zeta potential measurements, pH evaluation, and quantitative nanomechanical mapping, respectively. Different oxidation states were observed when AP was introduced, as confirmed by UV spectroscopy and cyclic voltammetry. Systematic blood compatibility evaluations revealed that the SRHMGs have good blood compatibility. This bottom-up strategy to synthesize SRHMGs enables a new route to the production of smart microgels for biomedical applications.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. Vol. 7, no 7, 4202-4215 p.
Keyword [en]
cross-linking, microgel, hemicellulose, stimuli-responsive, spray drying, polysaccharides
National Category
Polymer Technologies
URN: urn:nbn:se:kth:diva-163470DOI: 10.1021/am5084732ISI: 000350193000040PubMedID: 25630464ScopusID: 2-s2.0-84923794901OAI: diva2:800858
EU, European Research Council

QC 20150408

Available from: 2015-04-08 Created: 2015-04-07 Last updated: 2015-11-03Bibliographically approved
In thesis
1. Engineering and Functionalization of Hemicellulose Hydrogels
Open this publication in new window or tab >>Engineering and Functionalization of Hemicellulose Hydrogels
2015 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Hemicellulose is the second most abundant component in wood and is an important renewable resource  that is used in films, paper composites and biofuels.  Hemicelluloses  have  several  advantages,  including  their abundance,  degradability  and  renewability.  O-acetyl-galactoglucomannan (AcGGM) is a type of hemicellulose that is predominantly found in softwood specimens. In the recent drive to engineer functional hydrogels with stimuli-responsive  properties,  functional  AcGGM-derived  hydrogels  are  highly interesting alternatives. In  the  first  part  of  this  thesis,  a  combination  of  the  electro-activity  of conducting oligomers and AcGGM was used to design a robust pathway to generate  electrically  conductive  hemicellulose  hydrogels  (ECHHs)  using AcGGM  and  a  conductive  aniline  tetramer.  Subsequently,  in  order  to fabricate  ECHHs  using  a  greener  and  more  facile  approach,  a  one-pot reaction  was  performed  in  which  AcGGM  was  cross-linked  with epichlorohydrin in the presence of a conductive aniline pentamer in water at ambient  temperature.  To  impart  other  functionalities  to  the  hemicellulose hydrogels,  magnetic  field-responsive  hemicellulose  hydrogels  (MFRHHs) were  fabricated  by  simultaneous  in  situ  formation  of  magnetic  Fe 3 O 4   and cross-linking of AcGGM. These MFRHHs exhibited  a controlled release of the  protein  bovine  serum  albumin.  Finally,  a  facile,  fast  and  functional chemical  methodology  to  prepare  stimuli-responsive  hemicellulose  micro-gels was developed that offers the potential for fabricating hydrogels using a green  processing  technique.  The  micro-gels  were  shown  to  have  a  rapid response to electrochemical stimuli, pH alterations and a magnetic field, as well  as  good  blood  compatibility,  which  is  required  for  biomedical applications.  All  these  stimuli-responsive  hemicellulose  hydrogels  demonstrated controllable  aqueous  swelling  behavior  and  combine  the  renewability  of hemicellulose  and  stimuli-responsiveness  of  functional  molecules,  thereby opening new potential routes to fabricate biomaterials with a wide range of applications  (e.g.,  biosensors,  nerve  system  repair,  and  controlled  drug release).

Abstract [sv]

Hemicellulosa är den näst mest förekommande komponenten i ved och är en  viktig  förnybar  resurs  som  kan  användas  för  filmer,  papperstillverkning och biobränslen. Hemicellulosorna har flera fördelar, inklusive riklig tillgång, nedbrytbarhet  och  förnybarhet.  O-acetyl-galaktoglukomannan  (AcGGM)  är en typ av hemicellulosa som är dominerande i barrved. Ett stort intresse har nyligen  utvecklats  för  att  skapa  funktionella  hydrogeler  med  t.ex. stimulikänsliga  egenskaper,  vilket  har  gjort  funktionella  AcGGM-baserade hydrogeler till mycket intressanta materialalternativ. I den första delen av detta arbete kombineras elektroaktiviteten hos ledande oligomerer  med  AcGGM.  En  robust  syntesväg  till  elektriskt  ledande hemicellulosabaserade  hydrogeler  (ECHHs)  har  utvecklats  med  AcGGM och en ledande anilin tetramer som komponenter. För att tillverka ECHHs med en grönare syntes utvecklades därefter en enklare metod där AcGGM tvärbinds  med  epiklorhydrin  i  en  enstegsreaktion  i  närvaro  av  en  ledande anilinpentamer med vatten som lösningsmedel vid rumstemperatur. För att tillföra  andra  funktioner  till  de  hemicellulosabaserade  hydrogelerna  har magnetiska hemicellulosabaserade hydrogeler (MFRHHs) tillverkats genom att, in situ bilda magnetisk Fe 3 O 4  och samtidigt tvärbinda AcGGM. MFRHHs uppvisade även kontrollerad frisättning av proteinet bovint serumalbumin.  I den sista delen av avhandlingen, användes en enkel, snabb och funktionell metod för att tillverka stimuli-responsiva hemicellulosabaserade mikrogeler. Dessa geler är mycket intressanta då de både är responsiva och tillverkas med  en  miljövänlig  bearbetningsteknik.  Mikrogelerna  visade  sig  reagera snabbt  på  externa  stimuli:  pH-förändringar  elektriska  och  magnetiska  fält. De  hade  också  en  god  blodkompatibilitet,  vilket  krävs  för  biomedicinska tillämpningar. Alla dessa stimuli-responsiva hemicellulosabaserade hydrogeler visade sig ha  ett  kontrollerbart  svällningsbeteende  i  vatten.  Denna  egenskap, tillsammans med deras förnybarhet och förmåga att svara på externa stimuli öppnar  upp  nya  möjligheter  till  att  tillverka,  till  exempel,  biomaterial  för biosensorer, nervsystem och kontrollerad läkemedelsfrisättning.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2015. 75 p.
TRITA-CHE-Report, ISSN 1654-1081 ; 2015:61
Hemicellulose, O-acetyl-galactoglucomannan, hydrogels, stimuli-responsive, aniline tetramer, aniline pentamer, electro-active, conductivity, pH-sensitivity, magnetic field-responsive, micro-gels, swelling, drug delivery.
National Category
Engineering and Technology Natural Sciences
Research subject
Fibre and Polymer Science
urn:nbn:se:kth:diva-176302 (URN)978-91-7595-741-8 (ISBN)
Public defence
2015-11-25, Kollgiesalen, Brinellvägen 8, KTH, Stockholm, 10:00 (English)
EU, European Research Council, Paradigm 246776

QC 20151103

Available from: 2015-11-03 Created: 2015-11-03 Last updated: 2015-11-03Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publisher's full textPubMedScopus

Search in DiVA

By author/editor
Zhao, WeifengNugroho, Robertus Wahyu. N.Odelius, KarinEdlund, UlricaAlbertsson, Ann-Christine
By organisation
Polymer Technology
In the same journal
ACS Applied Materials and Interfaces
Polymer Technologies

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Altmetric score

Total: 355 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link