Savremeni svet je ispunjen sintetičkim polimerima, molekulima dugih lanaca koje su naučnici dizajnirali da ispunjavaju sve vrste aplikacija.
Istraživači sa FAMU-FSU College of Engineering razvili su dva blisko povezana polimera koja različito reaguju na pragove visoke i niske temperature, uprkos njihovom sličnom dizajnu. Polimerni par se može koristiti u primeni u medicini, sintezi proteina, zaštitnim premazima i drugim poljima. Njihov rad je objavljen u Macromolecules .
„Obično, da bismo imali jedno termalno ponašanje, moramo da pripremimo polimer za tu specifičnu primenu, a ako želite da imate još jedan ekstrem ponašanja polimera, onda morate da pripremite potpuno drugačiji polimer“, rekao je koautor Hojong. Chung, vanredni profesor na Fakultetu inženjerskih nauka FAMU-FSU. „Ali sada, kroz ovaj rad, imamo jednu vrstu polimera koji se može brzo prilagoditi uz minimalne smetnje za oba posla.“
Polimer istraživača je napravljen od sulfoksida, jedinjenja napravljenog od molekula sumpora, kiseonika i ugljenika. Jedna verzija sadrži dodatni sastojak, par atoma vodonika poznat kao metilenska grupa. Ova mala strukturna varijacija je dovoljna da svaki polimer drugačije reaguje na varijacije temperature.
Svaka smeša ima kritične temperature iznad ili ispod kojih će se komponente potpuno rastvoriti u rastvor, bez obzira na koncentraciju različitih komponenti u smeši.
Jedna verzija polimera istraživača je rastvorljiva u vodi na niskim temperaturama, ali postaje nerastvorljiva na višim temperaturama. Druga verzija pokazuje suprotno ponašanje. Nerastvorljiv je na nižim temperaturama, ali se rastvara kada temperatura poraste iznad kritične tačke.
„Ovo kontrastno ponašanje, koje se pojavilo sa samo jednom manjom promenom, bilo je iznenađujuće otkriće“, rekao je postdoktorski istraživač Bisvadžit Saha, glavni autor rada. „To je uzbudljiva avenija za buduća istraživanja.“
Uporedo sa razvojem ovog novog polimera koji se može kontrolisati temperaturom, istraživački tim je došao do drugih otkrića.
Prethodna istraživanja su pokazala da su veze atoma vodonika određivale temperaturu iznad koje su se temperaturno osetljivi polimeri rastvorili u rastvoru, takozvani gornji kritični prag rastvora.
Ali Chungova grupa je otkrila da privlačnost između pozitivno i negativno naelektrisanih polova različitih molekula – proces poznat kao dipol-dipol interakcija – takođe predviđa temperaturu na kojoj će se njihov polimer mešati u vodi. Značajno je da je njegova grupa eksperimentalno dokazala prisustvo ove interakcije kao pokretačke sile termičkog ponašanja.
Većina rešenja doživljava jednofaznu promenu kada pređu svoj temperaturni prag. Ali polimer koji je razvio Chungov tim prolazi kroz fazne promene u dve faze. Ova karakteristika bi mogla da otvori potencijalne nove primene u medicini, kao što je jedna kapsula leka koja se rastvara u toploti želuca pacijenta u dve faze, omogućavajući preciznu isporuku lekova.
„Imali smo sreće da imamo ove različite uvide sa jednim dizajnom“, rekao je Chung. „Jedan polimer koji se može ‘programirati’ da postigne različita ponašanja znači da se ovaj molekul može lako prilagoditi različitim aplikacijama.“
