Onderzoekers van de Shinshu University hebben met succes eerder onverklaard gedrag van hydrogelmicrosferen (microgels) vastgelegd met behulp van een nieuw aangepast hulpmiddel:temperatuurgestuurde high-speed atomic force microscopy (TC HS AFM). Deze machine, die de enige ter wereld is, werd samengesteld door Dr. Takayuki Uchihashi van de Universiteit van Nagoya om eiwitten te onderzoeken. Het werd voor het eerst toegepast op de studie van microgels door het team van het Daisuke Suzuki Laboratory, Graduate School of Textile Science &Technology en RISM (Research Initiative for Supra-Materials) van Shinshu University. De studie geleid door eerstejaars promovendus, Yuichiro Nishizawa, slaagde erin de structuur van de microgels te observeren, wat moeilijk was vanwege beperkingen van eerdere apparatuur.

De structuur van microgels is uitgebreid bestudeerd met behulp van verstrooiings- en beeldvormingstechnieken, waaronder elektronenmicroscopie, fluorescentiemicroscopie, atoomkrachtmicroscopie, en superresolutiemicroscopie. De thermoresponsieve eigenschappen van de kern-schaalstructuren waren goed gedocumenteerd met behulp van dergelijke technieken. Met behulp van TC HS AFM, ze waren in staat om de deeltjes in detail te observeren en vast te leggen, niet-thermoresponsieve inhomogene decanano-schaal sferische domeinen, die was verondersteld door Dr. Kenji Urayama van het Kyoto Institute of Technology.

Nishizawa stelt, "zoals ons onderzoek aangaf, hydrogelmicrosferen hebben in bijna alle gevallen een heterogene structuur. Bovendien, de heterogene nanostructuur zou een impact hebben op de fysisch-chemische eigenschappen van in water gezwollen microgels en zou leiden tot een kloof tussen theorie en resultaat. We geloven dat onze bevindingen kunnen bijdragen aan het begrijpen van deze hiaten."

Het Shinshu University-team bestudeerde eerst de microgels die werden gesynthetiseerd door precipitatiepolymerisatie. Deze gel heeft de kern-schaal structuur, evenals niet-thermoresponsieve sferische domeinen. Met behulp van inverse mini-emulsiepolymerisatietechnieken, ze waren in staat om nog twee soorten microgels te produceren waarvan eerder werd gedacht dat ze allemaal hetzelfde waren, maar die zich anders gedroegen.

Microgels gemaakt door inverse mini-emulsiepolymerisatie onder de VPTT produceerden een gel die niet het niet-thermoresponsieve domein had, het had ook niet de klassieke kern-schaalstructuur - het was uniform homogeen. Een derde methode, met behulp van de inverse mini-emulsiepolymerisatie boven de VPTT produceerde een inhomogene gel zonder kern-schaalstructuur, maar met niet-thermoresponsieve domeinen van nano- tot submicronformaat. Het Shinshu-team kon aantonen dat de productiemethode grote invloed heeft op de verschillen in de structuur en dus het gedrag van de drie soorten microgels.

Deze studie geeft inzicht in alle thermoresponsieve microgels en misschien andere stimuli-responsieve colloïden. De wetenschap dat de productiemethode een sterk effect heeft op de structuur, zal helpen bij het ontwikkelen van toepassingen in de echte wereld, zoals microgelglas/kristal en andere medische materialen. Het Shinshu-team hoopt de studie van hydrogelmicrosferen voort te zetten. Nishizawa zegt, "uiteindelijk, we willen nieuwe soorten microsferen ontwikkelen die de levensstandaard van mensen verbeteren."