Bij A*STAR is een polymeer ontwikkeld met veranderlijke eigenschappen en brede toepassingen. Het polymeer verandert tussen kern-schil nanodeeltjes, zelf-geassembleerde agglomeraties, en afgebroken fragmenten, afhankelijk van de omgevingsomstandigheden. Het kan toepassingen vinden in producten voor persoonlijke verzorging, landbouwchemicaliën, en nanogeneeskunde.

Star hypervertakte polymeren worden gevormd wanneer lineaire ketens zich uitstrekken vanuit een centrale verknoopte kern. De interne holtes van deze kern-schaalstructuren kunnen worden gebruikt om kleinere, hydrofobe moleculen. Studies tonen aan dat de sterke chemische bindingen in deze materialen voortijdige 'burst release' van lading voorkomen.

Het robuuste karakter van deze polymeren, echter, creëert ook ecologische en toxische gevaren aan het einde van hun levensduur. Alexander Jackson van het A*STAR's Institute of Chemical and Engineering Sciences (ICES) en collega's hebben nu ster-hypervertakte polymeren gesynthetiseerd die zowel medicijnmoleculen kunnen inkapselen, en vervolgens biologisch afbreekbaar in kleinere componenten.

Jackson legt uit dat scheikundigen verschillende hulpmiddelen hebben ontwikkeld om afbreekbare polymeren te synthetiseren, een daarvan omvat cyclische moleculen die bekend staan ​​​​als keteenacetalen. Deze verbindingen kunnen worden geopend en gekoppeld tot polyesters met behulp van vrije-radicaalchemie. In tegenstelling tot conventionele radicaalpolymerisatie, deze benadering introduceert koolstof-zuurstofbindingen in de polymeerketen die afbraakreacties vergemakkelijken.

"Radicale ringopeningspolymerisaties van cyclische keteenacetalen zijn al ongeveer 30 jaar bekend, ", zegt Jackson. "Het echt opwindende aspect van dit onderzoek was om deze chemie te combineren met moderne technieken met behulp van 'levende' polymeerketens."

Levende polymerisaties worden zo genoemd omdat ze naar buiten blijven groeien na toevoeging van verschillende bouwstenen. Dit geeft scheikundigen nauwkeurige controle over de lengte en samenstelling van de keten:essentiële kenmerken die nodig zijn voor geavanceerde toedieningsapparatuur.

aanvankelijk, de onderzoekers gebruikten levende radicale polymerisatie om op methacrylaat gebaseerde structuren te maken. Experimenten toonden aan dat deze materialen omkeerbaar kunnen zwellen en samentrekken met veranderingen in pH en ook kunnen schakelen tussen individuele deeltjes en grotere nanoschaalaggregaten door simpelweg de oplossingstemperatuur te veranderen. Deze triggers werden gebruikt voor het gecontroleerd vrijgeven van hydrofobe lading.

Volgende, het op A * STAR gebaseerde team optimaliseerde de omstandigheden die nodig zijn om gelijktijdig ringopening van cyclische keteenacetalen uit te voeren tijdens de levende methacrylaatpolymerisatie. Dit creëerde een afbreekbare analoog van de aanvankelijke, op stimuli reagerende structuur.

"We zullen deze aanpak gebruiken om nog meer van dit soort polymeren te ontwikkelen, inclusief afbreekbaar polystyreen en andere acrylaten, ", zegt Jackson. "Dit voorkomt ongewenste ophoping van deze materialen nadat ze hun lading hebben afgeleverd."

Momenteel, de ICES-wetenschappers helpen fabrikanten om de mogelijkheden van recyclebare polymere materialen uit te breiden met de hulp van twee fondsprojecten voor sectoraanpassing die zich richten op reactie-engineering en inkapselingstechnologieën.