Een onderzoeksteam van de Florida State University heeft methoden ontwikkeld om polymeren te manipuleren op een manier die hun fundamentele structuur verandert, de weg vrijmaken voor mogelijke toepassingen bij het afleveren en vrijgeven van vracht, recyclebare materialen, vormveranderende zachte robots, antimicrobiële middelen en meer.

"We laten een polymeer zijn architectuur volledig veranderen door een chemische reactie, " zei FSU-assistent-hoogleraar Scheikunde Justin Kennemur. "In de natuur gebeurt dit ook. Bedenk hoe een rups een vlinder wordt. De cellulaire machinerie verandert het ontwerp van natuurlijke biopolymeren en daarmee hun eigenschappen. Dat doen we met synthetische polymeren."

Het onderzoek is gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Polymeren zijn materialen die zijn gemaakt van grote moleculaire ketens die zijn samengesteld uit chemisch vergelijkbare herhalende eenheden. Ze raken bijna elk onderdeel van het dagelijks leven en omvatten materialen zoals plastic, rubbers en gels en natuurlijke biologische structuren zoals DNA en eiwitten.

Op het grote plaatje, Kennemur werkt aan de ontwikkeling van hoogwaardige polymeren met superelastische en superzachte eigenschappen die kunnen worden gebruikt als vervanging van gewrichten of kraakbeen. Om dat te doen, hij en zijn team onderzoeken de grenzen van hoe bestaande polymeren reageren op stimuli en kunnen worden gereorganiseerd voor betere prestaties.

Polymeren die spontaan "uitpakken" of verslechteren als reactie op een externe stimulus, hebben grip gekregen van wetenschappers voor hun mogelijke gebruik in een verscheidenheid aan toepassingen. Echter, deze spontane verslechtering - depolymerisatie genoemd - maakt ze vaak moeilijk in elkaar te zetten.

Kennemur verfijnde een proces om zowel het polymeer te maken als het af te breken, de structuur volledig veranderen.

Kennemur en zijn team ontwikkelden een thermodynamische strategie waarbij ze de macromoleculen synthetiseren bij een lagere temperatuur - ongeveer -15 tot 0 graden Celsius - en vervolgens het polymeer stabiliseren voordat het wordt opgewarmd. Bij warmere temperaturen, de materialen kunnen depolymeriseren met een triggergebeurtenis - de introductie van een katalytische hoeveelheid van het element ruthenium - waardoor het polymeer loskomt.

"We hebben echt geïnvesteerd in het benutten van fundamentele thermodynamische principes in de polymeerwetenschap, en we gebruiken dit om de moleculen om te zetten in een verscheidenheid aan mogelijke vormen en chemieën, "Zei Kennemur. "Het is een manier om deze materialen te recyclen, maar het is ook een manier om ze te laten reageren en hun architectuur te veranderen. Hier zijn heel veel leuke mogelijkheden mee."