Een betaalbare, zware metaal- en geurvrije methode voor het maken van holle polymeer nanostructuren is ontworpen door A*STAR-onderzoekers. Deze structuren zouden kunnen worden gebruikt als afgiftesystemen voor producten voor persoonlijke verzorging, medicijnen en landbouwchemicaliën.

Het gebruik van holle polymeer nanostructuren voor het dragen en behouden van de stabiliteit van actieve ingrediënten, zoals salicylzuur, vitamines, medicijnen en pesticiden, boomt. Deze granaten laten op verzoek lading los als reactie op triggers zoals water. De huidige productiemethoden zijn onvolmaakt, vanwege ofwel de kosten, milieu- of veiligheidsredenen. Er wordt dan ook hard gewerkt aan de ontwikkeling van alternatieven.

Alexander van Herk van het A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences en Atsushi Goto van de Nanyang Technological University, hebben een kluis ontworpen, eenvoudige route om polymeer nanodeeltjes te synthetiseren, nanocilinders en nanocapsules.

De eerste stap in deze tweestapssynthese is het polymeriseren van methylacrylzuur (MAA) in aanwezigheid van jodium om alkyljodiden te maken. Het poly(methacrylzuur) (PMAA) werkt dan als initiator bij de polymerisatie van methylmethacrylaat (MMA) en vorming van het blokcopolymeer. Natriumjodide is de katalysator in beide stadia. PMAA is hydrofiel en poly(methylmethacrylaat) (PMMA) is hydrofoob, wat betekent dat in polaire oplosmiddelen zoals ethanol en water het copolymeer zichzelf assembleert tot holle nanostructuren.

Door de polymeerverhoudingen te variëren, van Herk en Goto konden de vorm van de nanostructuren bepalen. Het laagste deel van PMMA tot PMAA gaf nanodeeltjes; het verhogen van het hydrofobe gehalte leidde tot nanocilinders, dan nanocapsules. Het team ontdekte ook dat het aanpassen van de twee polymeerlengtes controle mogelijk maakte over de structuurgrootte en schaaldikte.

Het gebruik van jodium is het meest innovatieve onderdeel van dit werk. Natriumjodide is zeer actief, biologisch veilig, goedkoop, kleurloos en geurloos. Huidige polymerisaties gebruiken ofwel stinkende zwavelhoudende groepen, of zware metaalionen zoals koper. "Het gebruik van door jodium gemedieerde gecontroleerde radicale polymerisatie geeft ons zwavel- en metaalvrije capsules die een bredere acceptatie hebben dan die geproduceerd met de vorige methoden, ’ zegt Van Herk.

Het team herhaalde de experimenten door een kleine hoeveelheid vernetbaar hydrofoob monomeer ethyleenglycoldimethacrylaat toe te voegen aan het MMA in de tweede polymerisatiestap. "Crosslinking is belangrijk om de structuur te 'bevriezen', om ervoor te zorgen dat het niet verandert tijdens verdere behandeling, ", zegt van Herk. Dit leidde tot stabielere nanostructuren.

De leveringsmogelijkheden van deze polymeren zijn nog niet getest. "Tot nu toe hebben we deze capsules niet geladen met actieve stoffen zoals vitamines of peptiden. De volgende stap zou kunnen zijn om dit te doen, en bestudeer dan de afgifteprofielen, ’ zegt Van Herk.