Presso A*STAR è stato sviluppato un polimero con proprietà modificabili e ampie applicazioni. Il polimero cambia tra nanoparticelle core-shell, agglomerati autoassemblati, e frammenti degradati, a seconda delle condizioni ambientali. Può trovare applicazioni nei prodotti per la cura personale, prodotti agrochimici, e nanomedicina.

I polimeri iperramificati a stella si formano quando le catene lineari si estendono da un nucleo centrale reticolato. Le cavità interne di queste strutture core-shell possono essere utilizzate per incapsulare più piccoli, molecole idrofobiche. Gli studi indicano che i forti legami chimici in questi materiali impediscono il "rilascio di scoppio" prematuro del carico.

La natura robusta di questi polimeri, però, crea anche rischi ecologici e tossici alla fine della loro vita utile. Alexander Jackson dell'Istituto di scienze chimiche e ingegneristiche (ICES) dell'A*STAR e colleghi hanno ora sintetizzato polimeri stellati iperramificati che possono sia incapsulare molecole di farmaci, e poi si biodegradano in componenti più piccoli.

Jackson spiega che i chimici hanno sviluppato diversi strumenti per sintetizzare polimeri degradabili, uno dei quali coinvolge molecole cicliche note come chetene acetali. Questi composti possono essere aperti e collegati in poliesteri utilizzando la chimica dei radicali liberi. A differenza della polimerizzazione radicalica convenzionale, questo approccio introduce legami carbonio-ossigeno nella catena polimerica che facilitano le reazioni di degradazione.

"Le polimerizzazioni radicali di apertura dell'anello di acetali di chetene ciclici sono state comprese per circa 30 anni, " dice Jackson. "L'aspetto davvero eccitante di questa ricerca è stato quello di prendere questa chimica e combinarla con tecniche moderne utilizzando catene polimeriche 'vive'".

Le polimerizzazioni viventi sono così chiamate perché continueranno a crescere verso l'esterno con l'aggiunta di diversi elementi costitutivi. Ciò offre ai chimici un controllo preciso sulla lunghezza e sulla composizione della catena, caratteristiche critiche necessarie per i dispositivi di somministrazione avanzati.

Inizialmente, i ricercatori hanno utilizzato la polimerizzazione radicalica vivente per preparare strutture a base di metacrilato. Gli esperimenti hanno mostrato che questi materiali potrebbero gonfiarsi e contrarsi in modo reversibile con i cambiamenti di pH e anche passare da singole particelle a aggregati su scala nanometrica più grandi semplicemente cambiando la temperatura della soluzione. Questi trigger sono stati utilizzati per il rilascio controllato di carichi idrofobici.

Prossimo, il team basato su A*STAR ha ottimizzato le condizioni necessarie per eseguire l'apertura dell'anello di acetali di chetene ciclici contemporaneamente durante la polimerizzazione del metacrilato vivente. Questo ha creato un analogo degradabile della struttura iniziale di risposta agli stimoli.

"Utilizzeremo questo approccio per sviluppare ancora più di questi tipi di polimeri, compreso polistirene degradabile e altri acrilati, " dice Jackson. "Questo eviterà l'accumulo indesiderato di questi materiali dopo che hanno consegnato il loro carico".

Attualmente, gli scienziati dell'ICES stanno aiutando i produttori ad espandere le possibilità di materiali polimerici riciclabili con l'assistenza di due progetti di fondi di allineamento industriale che si concentrano sull'ingegneria della reazione e sulle tecnologie di incapsulamento.