Forsker udvikler metode til at ændre fundamental arkitektur af polymerer

Et forskningshold fra Florida State University har udviklet metoder til at manipulere polymerer på en måde, der ændrer deres grundlæggende struktur, baner vejen for potentielle anvendelser inden for levering og frigivelse af last, genanvendelige materialer, formskiftende bløde robotter, antimikrobielle stoffer og meget mere.

"Vi får en polymer til at ændre sin arkitektur fuldstændigt gennem en kemisk reaktion, " sagde FSU adjunkt i kemi Justin Kennemur. "I naturen sker dette også. Tænk på, hvordan en larve bliver til en sommerfugl. Det cellulære maskineri ændrer designet af naturlige biopolymerer og dermed deres egenskaber. Det er, hvad vi gør med syntetiske polymerer."

Forskningen er publiceret i Journal of the American Chemical Society .

Polymerer er materialer lavet af store molekylære kæder sammensat af kemisk lignende gentagne enheder. De berører næsten alle dele af hverdagen og omfatter materialer som plastik, gummier og geler og naturlige biologiske strukturer såsom DNA og proteiner.

I det store billede, Kennemur arbejder på at udvikle højtydende polymerer med superelastiske og superbløde egenskaber, der kan bruges som led- eller bruskerstatninger. At gøre det, han og hans team udforsker grænserne for, hvordan eksisterende polymerer reagerer på stimuli og kan omorganiseres for bedre ydeevne.

Polymerer, der spontant "pakker ud" eller forringes som reaktion på en ekstern stimulus, har fået trækkraft fra videnskabsmænd for deres potentielle brug i en række forskellige anvendelser. Imidlertid, denne spontane forringelse - kaldet depolymerisation - gør dem ofte vanskelige at samle i første omgang.

Kennemur raffinerede en proces for både at skabe polymeren og få den til at nedbrydes, fuldstændigt ændre sin struktur.

Kennemur og hans team udviklede en termodynamisk strategi, hvor de syntetiserer makromolekylerne ved en lavere temperatur - omkring -15 til 0 grader Celsius - og derefter stabiliserer polymeren, før den varmes op. Ved varmere temperaturer, materialerne kunne depolymerisere med en udløsende hændelse - introduktionen af ​​en katalytisk mængde af grundstoffet ruthenium - hvilket forårsager en udløsning af polymeren.

"Vi har virkelig investeret i at udnytte grundlæggende termodynamiske principper inden for polymervidenskab, og vi bruger dette til at omdanne molekylerne til en række mulige former og kemier, " sagde Kennemur. "Det er en måde at genbruge disse materialer på, men det er også en måde at få dem til at reagere og ændre deres arkitektur. Der er mange sjove muligheder med det her."