Le betaine sono materiali con sia un gruppo funzionale caricato positivamente che un gruppo funzionale caricato negativamente collegati da un distanziatore di catena alchilica. Questa combinazione di gruppi funzionali fa sì che le betaine attraggano fortemente l'acqua, che li rende utili per la ritenzione idrica. Le betaine prevengono la disidratazione cellulare negli organismi e svolgono anche un ruolo in alcune reazioni. Commercialmente, le betaine sono utilizzate nell'amplificazione del DNA e nella sintesi chimica. I gruppi betaina possono essere inclusi nelle spazzole polimeriche, che sono polimeri che sono legati a una superficie. Le spazzole polimeriche risultanti sono attraenti per l'uso in applicazioni di lubrificazione e antivegetativa perché i gruppi di betaina idratata impediscono l'adesione di altri materiali. Però, gli stati di idratazione delle spazzole polimeriche sono ancora poco conosciuti.

È noto che la lunghezza del distanziatore della catena alchilica tra i gruppi funzionali carichi in una betaina influenza il suo stato di idratazione. Una collaborazione giapponese guidata dall'Università di Kyushu ha recentemente studiato gli effetti della lunghezza del distanziatore del gruppo carico delle betaine nelle spazzole polimeriche sul loro stato di idratazione per fornire un'immagine più chiara della relazione tra la struttura e le proprietà di questi materiali.

I ricercatori hanno prima sintetizzato una serie di spazzole polimeriche contenenti distanziatori di catene alchiliche di diverse lunghezze su wafer di silicio. Le spazzole polimeriche sono state poi caratterizzate da una serie di tecniche. In particolare, la riflettività dei neutroni è stata utilizzata per sondare gli stati di idratazione delle spazzole polimeriche. I risultati della caratterizzazione della spazzola polimerica hanno rivelato che solo alcuni parametri dipendevano dalla lunghezza del distanziatore della catena alchilica. L'assorbimento di acqua da parte delle spazzole in polimero esposte all'acqua o all'aria umida non dipendeva dalla lunghezza del distanziale della catena.

"Abbiamo scoperto che le spazzole polimeriche si sono gonfiate nell'aria umida e nell'acqua perché l'idratazione dei gruppi di betaina caricati ha portato alla diminuzione dell'energia libera interfacciale tra l'acqua e le spazzole, "dice Yuji Higaki, un assistente professore presso l'Istituto per la chimica e l'ingegneria dei materiali dell'Università di Kyushu (IMCE) / Istituto internazionale per la ricerca sull'energia neutra al carbonio (WPI-I2CNER).

"I nostri risultati rivelano come la lunghezza del distanziatore del gruppo carico delle betaine modula l'interazione delle spazzole polimeriche con l'acqua, " afferma il caposquadra Atsushi Takahara, un professore all'IMCE e al WPI-I2CNER.

I risultati del team dovrebbero favorire lo sviluppo di superfici lubrificanti e antivegetative da utilizzare in ambienti marini o in condizioni fisiologiche.

L'articolo "Effect of Charged Group Spacer Length on Hydration State in Zwitterionic Poly(sulfobetaine) Brushes" è stato recentemente pubblicato in Langmuir .