Een interdisciplinair team van onderzoekers heeft een krachtige wiskundige modelleringstool ontwikkeld waarmee onderzoekers de eigenschappen van polymeernetwerken kunnen voorspellen voordat ze zelfs maar zijn gemaakt.

Polymerennetwerken bestaan ​​uit lange ketens van moleculen, zoals een parelsnoer of spaghetti. Dit nieuwe model voorspelt de verbindingen tussen de spaghetti-achtige strengen.

In de studie, gepubliceerd in Natuurmaterialen , de onderzoekers van de Universiteit Gent (UGent), QUT en Stanford University, ontwikkelde de methode voor het voorspellen van polymeereigenschappen.

Professor Dagmar R. D'hooge, van UGent, België, genoemde polymeernetwerken hadden veel toepassingen, waaronder rubbers, coatings, lijmen, en cosmetica.

"Voor de eerste keer, dit is een voorspellend hulpmiddel voor materiaaleigenschappen van netwerken - van de kleinste bouwsteen van het molecuul tot hoe hard het materiaal is, is het slagvast of is het gewoon een zachte klodder, ' zei professor D'hooge.

Dr. De Keer, van UGent, zei dat de tool die in het onderzoek werd geschetst een hulpmiddel was bij het ontwerpen van nieuwe supermoleculaire polymeren op gebieden zoals medicijnafgifte, gentransfectie en biomedische toepassingen.

Samen met Professor Dagmar R. D'hooge en Dr. De Keer, UGent-onderzoekers die bij de studie betrokken waren, zijn onder meer professor Paul Van Steenberge, Professor Marie-Françoise Reyniers, Professor Lode Daelemans en Professor Karen De Clerck.

Professor Christopher Barner-Kowollik, van QUT's Center for Materials Science, zei dat de onderzoekers het model ontwikkelden met behulp van geavanceerde wiskunde en moleculaire simulaties, het samenbrengen van onderzoekers van computationele modellering, synthetische chemie en materiaalkunde.

"Recente scheikundige ontwikkelingen omvatten onconventionele eigenschappen zoals zelfgenezing, geleidbaarheid en stimuli-responsiviteit in polymeernetwerken, waardoor ze een groot potentieel hebben in geavanceerde toepassingen zoals recycling, medicijnafgifte, weefseltechnieksteigers, gasopslag, katalyse en elektronische materialen, " zei professor Barner-Kowollik.

"Het is een enorme taak om polymeernetwerken te karakteriseren - het is echt moeilijk.

"Hier maken we een echte stap voorwaarts door expertise van theoretische modellering te combineren met experimentele chemici die voorbeelden geven waarmee het model kan worden getest."

Professor Barner-Kowollik zei dat de ultieme droom voor experimentele chemici is om een ​​computerprogramma te hebben dat het onbekende uit experimenten haalt.

"Stel je voor dat je een supercomputer zou kunnen hebben die, zelfs voordat je naar het lab gaat, zou kunnen zeggen wat de waarschijnlijke uitkomst zou zijn, " hij zei.

"Dit is een stap in die richting."

Samen met professor Barner-Kowollik, onderzoekers die bij de studie betrokken zijn, zijn onder meer Dr. Hendrick Frisch en Daniel Kodura van QUT.

Professor Reinhold Dauskardt van de Stanford University zei dat hij "super enthousiast" was over het werk.

"Het vertegenwoordigt een tour-de-force van fundamentele materiaalchemie en laat zien wat kan worden bereikt met een internationaal team met diverse achtergronden."

Professor Dauskardt zei dat het werk "laat zien hoe moleculaire bouwstenen zowel tijdelijk als ruimtelijk kunnen worden geassembleerd om nauwkeurige materiaalstructuren te creëren, inclusief defecten en resulterende structuur-eigenschapsrelaties".

"Deze combinatie van zowel kinetiek als moleculaire ruimtelijke assemblage is nog niet eerder bereikt, ' zei professor Dauskardt.