Hydrogeler ændrer vand og opløste stoffers dynamik

Hydrogeler danner små, vandfyldte porer med så små diametre, at undersøgelser på molekylært niveau kan være vanskelige. I øvrigt, bevægelsen af ​​vandmolekyler og opløste ioner er så hurtig, at de er svære at følge. Derfor, lidt er kendt om dynamikken i molekylær bevægelse i hydrogelstrukturer. Forskere syntetiserede gelkanaler og løste bevægelsen i disse kanaler. De fandt ud af, at molekylær dynamik var meget langsommere i hydrogelporer end hvad der almindeligvis observeres i bulkopløsninger. Indenfor porerne, vandets molekylære bevægelse var ensartet uanset placeringen i poren. Imidlertid, bevægelsen af ​​opløste ioner var meget langsommere tæt på polymerfibrene, der danner porestrukturerne.

Hydrogeler har mange potentielle praktiske anvendelser. Disse anvendelser spænder fra biomedicinske anvendelser såsom vævsteknologi, sårforbindinger, og kontaktlinser, til materialer til adskillelsesmembraner i superadsorbanter og energilagringsenheder. Desværre, lidt er kendt om gelerne. Denne forskning giver indsigt i vand og opløste ioners bevægelse, der en dag kan føre til bedre hydrogeldesign.

Med potentielle anvendelser lige fra sårforbindinger til energilagringsenheder, hydrogeler er et lovende materiale. Hydrogeler består af fanget vand og ioner i et 3-D netværk af porer. Med hensyn til den samlede størrelse, hydrogeler er særligt kompakte, fordi meget af deres struktur består af de vandmolekyler, der er placeret inde i dem. Disse geler er ligetil at fremstille, og i naturen, biologiske hydrogelstrukturer kan dannes inden for og uden for cellerne. Imidlertid, forskere har ikke et detaljeret billede af vandets bevægelse og opløste ioner inde i hydrogelporer på molekylært niveau.

Nu, et team af forskere tog på sig disse geler. De fandt ud af, at vand og opløste stoffer (specifikt, selenocyanat (SeCN‒)) opfører sig anderledes inde i de gelatinøse porer, end de ville gøre i bulkvand. Det er, porerne ændrer dynamikken og vekselvirkningerne mellem vand og opløst stof. For eksempel, de fandt ud af, at netværket dannet af en gruppe vandmolekyler reorganiserer sig med en langsommere hastighed, når den er placeret inde i porerne.

De fandt også ud af, at dynamikken i vandnettet er den samme på ethvert sted i poren. For opløste ioner, dette er ikke tilfældet, fordi den tilsvarende dynamik langsommere tættere på porevæggene. Denne dynamik er udfordrende at studere i hydrogeler, fordi porerne er så små, og bevægelserne er så hurtige. Denne forskning giver indsigt i, hvordan vand og ioner bevæger sig i gelens porer. En dag, disse oplysninger kan føre til bedre hydrogeldesign.