Nyt værktøj til at forudsige polymeregenskaber

Et tværfagligt team af forskere har udviklet et kraftfuldt matematisk modelleringsværktøj, der vil give forskere mulighed for at forudsige egenskaberne af polymernetværk, før de overhovedet er skabt.

Polymernetværk er opbygget af lange kæder af molekyler, som en perlerække eller spaghetti. Denne nye model forudsiger forbindelserne mellem de spaghetti-lignende tråde.

I undersøgelsen, udgivet i Naturmaterialer , forskerne fra Gent Universitet (UGent), QUT og Stanford University, udviklet metoden til at forudsige polymeregenskaber.

Professor Dagmar R. D'hooge, af UGent, Belgien, nævnte polymernetværk havde mange applikationer, herunder gummier, belægninger, klæbemidler, og kosmetik.

"For første gang, dette er et forudsigelsesværktøj til materialeegenskaber i netværk – fra den mindste byggesten i molekylet op til hvor hårdt materialet er, er det slagfast eller er det bare en blød klat, " sagde professor D'hooge.

Dr. De Keer, af UGent, sagde, at værktøjet, der er skitseret i forskningen, var en hjælp til design af nye supermolekylære polymerer på områder som lægemiddellevering, gentransfektion og biomedicinske anvendelser.

Sammen med professor Dagmar R. D'hooge og Dr. De Keer, UGent-forskere involveret i undersøgelsen inkluderer professor Paul Van Steenberge, Professor Marie-Françoise Reyniers, Professor Lode Daelemans og professor Karen De Clerck.

Professor Christopher Barner-Kowollik, fra QUTs Center for Materialevidenskab, sagde forskerne udviklede modellen ved hjælp af avanceret matematik og molekylære simuleringer, samle forskere fra beregningsmodellering, syntetisk kemi og materialevidenskab.

"Den seneste udvikling i kemi har inkluderet ukonventionelle egenskaber såsom selvhelbredende, ledningsevne og stimuli-responsivitet i polymernetværk, giver dem et stort potentiale inden for avancerede applikationer såsom genbrug, medicin levering, vævstekniske stilladser, gas lager, katalyse og elektroniske materialer, " sagde professor Barner-Kowollik.

"Det er en stor opgave at karakterisere polymernetværk - det er virkelig svært.

"Her tager vi et reelt skridt fremad ved at fusionere ekspertise fra teoretisk modellering til eksperimentelle kemikere, som giver eksempler, hvormed modellen kan testes."

Professor Barner-Kowollik sagde, at den ultimative drøm for eksperimentelle kemikere er at have et computerprogram, der tager det ukendte ud af eksperimenter.

"Tænk, hvis du kunne have en supercomputer, der selv før du kommer til laboratoriet, ville være i stand til at sige, hvad det sandsynlige resultat ville være, " han sagde.

"Dette er et skridt i retning af det."

Sammen med professor Barner-Kowollik, forskere involveret i undersøgelsen omfatter QUT's Dr. Hendrick Frisch og Daniel Kodura.

Professor Reinhold Dauskardt ved Stanford University sagde, at han var "super begejstret" for arbejdet.

"Det repræsenterer en tour-de-force af grundlæggende materialekemi og demonstrerer, hvad der kan opnås fra et internationalt hold med forskellig baggrund."

Professor Dauskardt sagde, at arbejdet "viser, hvordan molekylære byggesten kan samles både tidsmæssigt og rumligt for at skabe nøjagtige materialestrukturer, herunder defekter og deraf følgende struktur-egenskabsforhold".

"Denne kombination af både kinetik og molekylær rumlig samling er ikke blevet opnået før, " sagde professor Dauskardt.