Serendipitous baggårdseksperiment kaster lys over produktion af polymerer

QUT-forskere, der udførte deres eksperiment i en baggård i Brisbane, har fundet en hidtil uset metode til fremstilling af mikrosfærer.

Deres forskning, rapporteret i tidsskriftet Nature Communications , er et resultat af en række faktorer, herunder COVID-lockdown, som påvirkede laboratorieadgang, en beslutning om at undersøge et affaldsprodukt og mere end et årti med banebrydende forskning i lysets kraft til at lave molekyler.

Polymermikrosfærer - kugler, der er 1000 gange mindre end 1 mm - bruges i en lang række applikationer, herunder lægemiddellevering, lægemidler, kosmetik og maling. Et eksempel på deres daglige brug er, at mikrosfærer muliggør den nu ikoniske visning af en eller to striber på graviditetstests eller hurtige antigentests for SARS-CoV-2-infektioner.

Mikrosfærer produceres typisk i en proces, hvor kemikalier opvarmes, hvilket kræver betydelige mængder energi og kan forårsage problemer med overspisning og ukontrollerede reaktioner.

Forskerne Dr. Laura Delafresnaye, Dr. Florian Feist, Dr. Jordan Hooker og ARC Laureate Fellow Professor Christopher Barner-Kowollik fra QUT's Center for Materials Science, begyndte med et øjebliks nysgerrighed.

Dr. Feist var i gang med en kemisk syntese induceret af lys og besluttede at analysere et tilsyneladende uvæsentligt biprodukt med et elektronmikroskop, som bruges til at tage billeder i høj opløsning af mikroskopiske objekter. Overraskende nok fandt han mikrosfærer.

Ved at stole på professor Barner-Kowolliks omfattende arbejde med fotokemi indså holdet, at de fotoaktive byggeklodser i eksperimentet var i stand til at danne mikrosfærer med en meget enkel opsætning, ikke ulig noget en gymnasieelev kunne gøre for en videnskabsmesse.

Normalt, når forskere i Soft Matter Materials Group bruger lys som en trigger i kemiske reaktioner, bruger de en laser eller LED til at starte og stoppe en reaktion.

Med COVID-nedlukningen skiftede forskerne ved QUTs Soft Matter Materials Group, ligesom resten af ​​verden, til at arbejde hjemmefra, hvilket betød begrænset tid i universitetets forskningslaboratorier.

Hvor det var sikkert og praktisk muligt, ledte forskerne efter måder at tage deres arbejde med hjem på.

Denne situation inspirerede forskerne til at fortsætte deres eksperiment med sollys, og Dr. Delafresnaye installerede eksperimentet på sit udendørs grillbord og efterlod det i, hvad forskningspapiret kalder "australsk solskin" i fire timer.

"Ud over at bruge milde forhold ved omgivelsestemperatur, har vi ikke brug for nogen additiver, overfladeaktive stoffer eller uønskede kemikalier, som i sidste ende vil være til stede som forurenende stoffer i det endelige materiale," sagde Dr. Delafresnaye.

Professor Barner-Kowollik sagde, at historien om opdagelse ved et tilfælde var bygget på hårdt arbejde.

"Det er serendipity. Ofte, når du laver en masse relevante ting, opdager du noget væsentligt," sagde professor Barner-Kowollik.

"Du er nødt til at give videnskaben plads til at udvikle sig."

"Der er sandsynligvis 10 års forståelse af fotokemiske reaktioner, der har bragt os til dette punkt."

"Dette er en klasse af molekyler, som vi begyndte at arbejde med i 2012, og siden da har arbejdet udviklet sig og er blevet mere og mere sofistikeret."

Professor Barner-Kowollik sagde, at forskningen banede vejen for produktion af mikrosfærer ved hjælp af solens kraft.

"Ofte betragtet som skadelig, er vores sol en kraftfuld og gratis ressource. Australien er et af de mest solrige lande i verden," sagde professor Barner-Kowollik.

"Den lokkende udsigt til at producere en nøglematerialeklasse ved smart brug af en naturlig og ubegrænset ressource kan kritisk bidrage til en avanceret bæredygtig økonomi."

I betragtning af letheden og enkelheden ved at producere mikrosfærer med sollys, har QUT patenteret teknologien. + Udforsk yderligere

Skærende lysstråler er nøglen til transformativt 3D-printerpotentiale