I ricercatori dell'Università di Shinshu hanno registrato con successo un comportamento precedentemente inspiegabile delle microsfere di idrogel (microgel) utilizzando uno strumento appena personalizzato:la microscopia a forza atomica ad alta velocità a temperatura controllata (TC HS AFM). Questa macchina, che è l'unico al mondo, è stato assemblato dal Dr. Takayuki Uchihashi dell'Università di Nagoya per studiare le proteine. È stato applicato per la prima volta allo studio dei microgel dal team del Daisuke Suzuki Laboratory, Graduate School of Textile Science &Technology e RISM (Research Initiative for Supra-Materials) dell'Università di Shinshu. Lo studio condotto dal dottorando del primo anno, Yuichiro Nishizawa, è riuscito a osservare la struttura dei microgel che era stata difficile a causa dei limiti delle apparecchiature precedenti.

La struttura dei microgel è stata ampiamente studiata utilizzando tecniche di scattering e imaging tra cui la microscopia elettronica, microscopia a fluorescenza, microscopia a forza atomica, e microscopia a super risoluzione. Le proprietà termoreattive delle strutture nucleo-guscio erano state ben documentate utilizzando tali tecniche. Utilizzando TC HS AFM, sono stati in grado di osservare e registrare le particelle in dettaglio, domini sferici di scala decanano disomogenei non termosensibili, che era stato ipotizzato dal Dr. Kenji Urayama del Kyoto Institute of Technology.

Nishizawa afferma, "come indicato dalla nostra ricerca, le microsfere di idrogel hanno quasi sempre una struttura eterogenea. Inoltre, la nanostruttura eterogenea avrebbe un impatto sulle proprietà fisico-chimiche dei microgel rigonfiati dall'acqua e porterebbe a un divario tra teoria e risultato. Riteniamo che i nostri risultati possano contribuire alla comprensione di queste lacune".

Il team dell'Università di Shinshu ha studiato per la prima volta i microgel sintetizzati mediante polimerizzazione per precipitazione. Questo gel ha la struttura core-shell, così come i domini sferici non termosensibili. Utilizzando tecniche di polimerizzazione in miniemulsione inversa, sono stati in grado di produrre altri due tipi di microgel precedentemente ritenuti tutti uguali, ma che sono stati osservati comportarsi diversamente.

I microgel realizzati mediante polimerizzazione inversa in miniemulsione al di sotto del VPTT hanno prodotto un gel che non aveva il dominio non termoresponsivo, né aveva la classica struttura nucleo-guscio:era uniformemente omogeneo. Un terzo metodo, utilizzando la polimerizzazione inversa miniemulsion sopra il VPTT ha prodotto un gel disomogeneo senza struttura core-shell, ma con domini non termosensibili di dimensioni da nano a submicroniche. Il team di Shinshu è stato in grado di dimostrare che il metodo di produzione influisce notevolmente sulle differenze nella struttura e quindi nel comportamento dei tre tipi di microgel.

Questo studio fornisce informazioni su tutti i microgel termoreattivi e forse su altri colloidi sensibili agli stimoli. La conoscenza che il metodo di produzione ha un forte effetto sulla struttura aiuterà a sviluppare applicazioni nel mondo reale come vetro/cristallo microgel e altri materiali medici. Il team di Shinshu spera di continuare lo studio delle microsfere di idrogel. Nishizawa dice, "in definitiva, vogliamo sviluppare nuovi tipi di microsfere che migliorino il tenore di vita delle persone".