Afdækning af mikrogel-mysterier

Forskere ved Shinshu University har med succes registreret tidligere uforklarlig adfærd af hydrogelmikrokugler (mikrogeler) ved hjælp af et nyligt tilpasset værktøj:temperaturstyret højhastigheds atomkraftmikroskopi (TC HS AFM). Denne maskine, som er den eneste i verden, blev samlet af Dr. Takayuki Uchihashi fra Nagoya University for at undersøge proteiner. Det blev anvendt for første gang til undersøgelsen af ​​mikrogeler af teamet ved Daisuke Suzuki Laboratory, Graduate School of Textile Science &Technology og RISM (Research Initiative for Supra-Materials) fra Shinshu University. Undersøgelsen ledet af førsteårs ph.d.-kandidat, Yuichiro Nishizawa, lykkedes med at observere strukturen af ​​mikrogelerne, som havde været vanskelig på grund af tidligere udstyrs begrænsninger.

Strukturen af ​​mikrogeler er blevet undersøgt grundigt ved brug af sprednings- og billeddannelsesteknikker, herunder elektronmikroskopi, fluorescensmikroskopi, atomkraftmikroskopi, og superopløsningsmikroskopi. De termoresponsive egenskaber af kerne-skal-strukturerne var blevet veldokumenteret ved brug af sådanne teknikker. Ved at bruge TC HS AFM, de var i stand til at observere og registrere partiklerne i detaljer, ikke-termoresponsive inhomogene decanano-skala sfæriske domæner, som var blevet antaget af Dr. Kenji Urayama fra Kyoto Institute of Technology.

Nishizawa udtaler, "som vores forskning viste, hydrogel mikrosfærer har heterogen struktur i næsten alle tilfælde. I øvrigt, den heterogene nanostruktur ville have en indvirkning på de fysisk-kemiske egenskaber af vandhævede mikrogeler og ville føre til en kløft mellem teori og resultat. Vi tror på, at vores resultater kan bidrage til forståelsen af ​​disse huller."

Shinshu University-teamet studerede først mikrogelerne syntetiseret ved præcipitationspolymerisation. Denne gel har kerne-skal struktur, samt ikke-termoresponsive sfæriske domæner. Ved at bruge omvendte miniemulsionspolymerisationsteknikker, de var i stand til at producere yderligere to typer mikrogeler, som man tidligere troede var ens, men som blev observeret at opføre sig anderledes.

Mikrogeler fremstillet ved invers miniemulsionspolymerisation under VPTT producerede en gel, der ikke havde det ikke-termoresponsive domæne, den havde heller ikke den klassiske kerne-skal struktur - den var ensartet homogen. En tredje metode, under anvendelse af den omvendte miniemulsionspolymerisation over VPTT producerede en inhomogeon gel uden kerne-skal struktur, men med nano- til submikron-størrelse ikke-termoresponsive domæner. Shinshu-teamet var i stand til at vise, at produktionsmetoden i høj grad påvirker forskellene i strukturen og derfor adfærden af ​​de tre typer mikrogeler.

Denne undersøgelse giver indsigt i alle termoresponsive mikrogeler og måske andre stimuli-responsive kolloider. Viden om, at produktionsmetoden har en stærk effekt på strukturen, vil hjælpe med at udvikle virkelige applikationer såsom mikrogelglas/krystal og andre medicinske materialer. Shinshu-teamet håber at fortsætte undersøgelsen af ​​hydrogel-mikrosfærer. Nishizawa siger, "ultimativt, vi ønsker at udvikle nye typer mikrosfærer, som forbedrer folks levestandard."