Un team di ricerca della Florida State University ha sviluppato metodi per manipolare i polimeri in modo da modificarne la struttura fondamentale, aprendo la strada a potenziali applicazioni nella consegna e rilascio del carico, materiali riciclabili, robot morbidi che cambiano forma, antimicrobici e altro.

"Stiamo facendo cambiare completamente a un polimero la sua architettura attraverso una risposta chimica, ", ha affermato Justin Kennemur, assistente professore di chimica dell'FSU. "In natura accade anche questo. Pensa a come un bruco diventa una farfalla. Il macchinario cellulare cambia il design dei biopolimeri naturali e quindi le loro proprietà. Questo è quello che stiamo facendo con i polimeri sintetici".

La ricerca è pubblicata su Giornale della Società Chimica Americana .

I polimeri sono materiali costituiti da grandi catene molecolari composte da unità ripetitive chimicamente simili. Toccano quasi ogni parte della vita quotidiana e includono materiali come la plastica, gomme e gel e strutture biologiche naturali come DNA e proteine.

Nella foto grande, Kennemur sta lavorando per sviluppare polimeri ad alte prestazioni con proprietà super elastiche e super morbide che potrebbero essere utilizzati come sostituti delle articolazioni o della cartilagine. Fare quello, lui e il suo team stanno esplorando i confini di come i polimeri esistenti rispondono agli stimoli e possono essere riorganizzati per prestazioni migliori.

I polimeri che spontaneamente "si aprono" o si deteriorano in risposta a uno stimolo esterno hanno guadagnato terreno dagli scienziati per il loro potenziale utilizzo in una varietà di applicazioni. Però, questo deterioramento spontaneo, chiamato depolimerizzazione, spesso li rende difficili da assemblare in primo luogo.

Kennemur ha perfezionato un processo sia per creare il polimero che per provocarne la rottura, cambiando completamente la sua struttura.

Kennemur e il suo team hanno sviluppato una strategia termodinamica in cui sintetizzano le macromolecole a una temperatura più bassa, da circa -15 a 0 gradi Celsius, e quindi stabilizzano il polimero prima di riscaldarlo. A temperature più calde, i materiali potrebbero depolimerizzare con un evento scatenante, l'introduzione di una quantità catalitica dell'elemento rutenio, che provoca la decompressione del polimero.

"Abbiamo davvero investito nell'utilizzo dei principi termodinamici fondamentali nella scienza dei polimeri, e lo usiamo per trasformare le molecole in una varietà di possibili forme e chimiche, " ha detto Kennemur. "È un modo per riciclare questi materiali, ma è anche un modo per farli rispondere e cambiare la loro architettura. Ci sono molte possibilità divertenti con questo."