Betaïnen zijn materialen met zowel een positief geladen functionele groep als een negatief geladen functionele groep verbonden door een alkylketenafstandhouder. Deze combinatie van functionele groepen zorgt ervoor dat betaïnes sterk water aantrekken, waardoor ze nuttig zijn voor het vasthouden van water. Betaïnen voorkomen celuitdroging in organismen en spelen ook een rol bij sommige reacties. commercieel, betaïnes worden gebruikt bij DNA-amplificatie en chemische synthese. Betaïnegroepen kunnen worden opgenomen in polymeerborstels, dat zijn polymeren die aan een oppervlak zijn vastgemaakt. De resulterende polymeerborstels zijn aantrekkelijk voor gebruik in smeer- en aangroeiwerende toepassingen omdat de gehydrateerde betaïnegroepen hechting van andere materialen voorkomen. Echter, de hydratatietoestanden van polymeerborstels zijn nog steeds slecht begrepen.

Het is bekend dat de lengte van de alkylketenafstandhouder tussen de geladen functionele groepen in een betaïne de hydratatietoestand ervan beïnvloedt. Een Japanse samenwerking onder leiding van Kyushu University onderzocht onlangs de effecten van de geladen groepsafstandslengte van betaïnen in polymeerborstels op hun hydratatietoestand om een ​​duidelijker beeld te krijgen van de relatie tussen de structuur en eigenschappen van deze materialen.

De onderzoekers synthetiseerden eerst een reeks polymeerborstels met alkylketenafstandhouders van verschillende lengtes op siliciumwafels. De polymeerborstels werden vervolgens gekenmerkt door een scala aan technieken. Vooral, neutronenreflectiviteit werd gebruikt om de hydratatietoestanden van de polymeerborstels te onderzoeken. De resultaten van de polymeerborstelkarakterisering lieten zien dat slechts enkele parameters afhankelijk waren van de lengte van de alkylketenafstandhouder. De wateropname door de aan water of vochtige lucht blootgestelde polymeerborstels was niet afhankelijk van de lengte van de kettingafstandhouder.

"We ontdekten dat de polymeerborstels opzwollen in vochtige lucht en water omdat de hydratatie van de geladen betaïnegroepen leidde tot de afname van de grensvlakvrije energie tussen water en de borstels, " zegt Yuji Higaki, een assistent-professor aan het Kyushu University's Institute for Materials Chemistry and Engineering (IMCE) / International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (WPI-I2CNER).

"Onze bevindingen laten zien hoe de geladen groepsafstandslengte van betaïnes de interactie van polymeerborstels met water moduleert, " zegt teamleider Atsushi Takahara, een professor bij IMCE en WPI-I2CNER.

De resultaten van het team moeten helpen bij de ontwikkeling van smerende en aangroeiwerende oppervlakken voor gebruik in mariene omgevingen of onder fysiologische omstandigheden.

Het artikel "Effect of Charged Group Spacer Length on Hydration State in zwitterionic Poly(sulfobetaine) Brushes" is onlangs gepubliceerd in Langmuir .