Et skridt nærmere design on demand stilladser til vævsregenerering

Strukturen af ​​tværbundne polymere geler ligner meget blødt væv - hvilket er en af ​​grundene til, at forståelsen af ​​dette materiale er så kritisk, ifølge Kelly Schultz, adjunkt ved Institut for Kemi- og Biomolekylær Teknik ved Lehigh University.

Schultz var en del af en særlig session af American Institute of Chemical Engineering (AIChE) årsmøde i Pittsburgh i sidste måned, hvor hun blev inviteret til at præsentere sit laboratoriums arbejde med at bestemme, hvordan øgede koncentrationer af polymerer i opløsning ændrer strukturen af ​​tværbundne geler. Titlen på sessionen var "AIChE Journal Futures:New Directions in Chemical Engineering Research."

Schultz' foredrag var baseret på et papir, hun bidrog ved invitation til AIChEs første "Futures Issues", designet til at fremhæve arbejdet fra tidlige karriereforskere. Papiret, medforfatter af hendes tidligere ph.d. studerende, Matthew Wehrman, og fire Lehigh studerende, kaldes "Reologiske egenskaber og struktur af trin- og kædevækstgeler koncentreret over overlapningskoncentrationen."

"Ved at øge koncentrationen af ​​polymerer kan de interagere, " siger Schultz. "Disse interaktioner kan ændre materialets struktur og endda potentielt svække det."

Gennem eksperimenter, hun og hendes team opdagede, at strukturen af ​​tværbundne polymergeler er uafhængig af koncentration, indtil en grænse er nået - kaldet overlapningskoncentrationen - som er, når polymererne begynder at interagere. Efter denne grænse, strukturen er igen uafhængig af koncentration.

Gruppens centrale opdagelse er, at flere polymerer ikke nødvendigvis betyder, at gelen bliver mere elastisk eller stivere.

"Dette var uventet, " siger Schultz. "Vi troede, at der ville ske en gradvis ændring i stilladsstrukturen, men i stedet er der en trinvis ændring, når disse interaktioner bliver høje nok."

At identificere denne egenskab kan være af særlig betydning for industrielle applikationer, da teamets arbejde viser, at disse tværbundne polymere gelstrukturer kan opnås med en mindre mængde polymer.

"Med andre ord, " siger Schultz, "du kan få det resultat, du ønsker med den mindste mængde materiale."

Schultz' arbejde med dette er nyt på grund af, hvordan hendes team så på stilladser ved høje polymerkoncentrationer - eller med polymere interaktioner. De fleste undersøgelser, hun siger, forblive under overlapningskoncentrationen, så polymerinteraktioner ikke komplicerer geldannelse.

"Med dette arbejde, kemiske ingeniører kan begynde at forstå, hvordan polymere interaktioner ændrer gelstruktur, og hvordan disse strukturer kan tilgås ved relativt lave polymerkoncentrationer, siger Schultz.

Holdet brugte en teknik kaldet multiple particle tracking microrheology (MPT) til at måle geleringen af ​​disse polymere hydrogel-stilladser. Denne teknik bruger videomikroskopi til at fange den termiske bevægelse af indlejrede probepartikler. Ud fra den termiske bevægelse kan de bestemme materialeegenskaber. Brug af MPT i kombination med en analyseteknik, tidshelbredende superposition, de var i stand til at bestemme geleringstiden og strukturen af ​​materialet ved gelpunktet, hvilket er, når den første stikprøvespændende netværksklynge dannes.