Prodotti come cosmetici, adesivi, e le vernici si basano su un componente chiave comune:i gel. gel polimerici, un tipo di gel con proprietà uniche, hanno suscitato l'interesse dei ricercatori a causa dei loro potenziali usi nelle applicazioni mediche.

Gli studi hanno dimostrato che la modifica delle strutture dei gel polimerici può influire in modo significativo sulle loro proprietà, ma non è chiaro il motivo. Per sapere come e perché ciò accade, un team di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell'Energia (DOE) sta usando la diffusione dei neutroni per dare uno sguardo più approfondito.

I gel polimerici sono costituiti da catene polimeriche con giunzioni che le collegano. Al variare delle condizioni termodinamiche, le dimensioni delle giunzioni cambiano in relazione alle catene che le collegano. I cambiamenti possono far sì che i gel diventino più forti e sviluppino migliori proprietà di risposta. Per indagare su queste relazioni, i ricercatori stanno utilizzando lo strumento EQ-SANS presso la Spallation Neutron Source di ORNL, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE.

"Stiamo cercando di capire il ruolo della dimensione della giunzione e come le interazioni della giunzione contribuiscono alle proprietà meccaniche del gel, " ha detto Christopher Lam, un associato di ricerca post-dottorato presso ORNL.

I gel polimerici sono utili per la somministrazione di farmaci perché le loro strutture si adattano ai cambiamenti nel loro ambiente. Per esempio, un gel polimerico con proprietà di risposta alla temperatura potrebbe fluire facilmente a temperatura ambiente ma poi irrigidirsi in un ambiente più caldo come il corpo umano. Questi tipi di gel possono aiutare a garantire che quando un farmaco viene iniettato nel corpo, rimane nell'area che dovrebbe avere un impatto.

Allo stesso modo, i gel polimerici con proprietà di risposta alla pressione possono essere progettati per scorrere facilmente mentre sono a bassa pressione in una siringa, ma poi si irrigidiscono quando il gel viene espulso e la pressione aumenta.

I neutroni sono buone sonde di materiali come gel polimerici, in gran parte a causa della loro sensibilità all'idrogeno e al suo isotopo, deuterio. Utilizzando una tecnica unica nota come corrispondenza del contrasto, i ricercatori hanno sostituito alcuni degli atomi di idrogeno nel gel con deuterio, che ha permesso di evidenziare specifici componenti strutturali dai neutroni.

L'utilizzo del nuovo ambiente rheo-SANS dello strumento EQ-SANS ha consentito ai ricercatori di sottoporre i gel a sollecitazioni di taglio, ovvero sollecitazioni parallele alla sezione trasversale del materiale, come due piastre che scorrono l'una sull'altra e osservano i corrispondenti cambiamenti nella struttura.

Confrontando come le strutture dei gel con grandi giunzioni e quelle con piccole giunzioni si tagliano e si deformano, i ricercatori possono iniziare a capire come le dimensioni delle giunzioni del gel possono influire sulle proprietà del gel. Usando le loro scoperte, i ricercatori possono trovare modi per sviluppare gel polimerici migliorati.

"Se abbiamo una comprensione della struttura dei gel, che fondamentalmente ci dà un quadro migliore, " disse Lam. "Allora possiamo dire 'abbiamo bisogno di questa proprietà, questo disegno chimico, e questo rapporto di componenti e concentrazione.'

"Cerco sempre di trovare un equilibrio tra quanto facciamo fondamentalmente e come possiamo pensare di applicarlo a qualcosa che useremo. Sto cercando di usare questa comprensione fondamentale per progettare davvero gel biomedici migliori".

Altri ricercatori su questo esperimento includono i principali investigatori Bradley D. Olsen del Dipartimento di Ingegneria Chimica del MIT, Wei-Ren Chen di ORNL, e Michele Calabrese, un ricercatore post-dottorato al MIT. La ricerca è supportata dall'Office of Science del DOE.