Drukuj

Polimery zmieniające swą objętość Polymers move smartly

Niemieccy naukowcy opracowali niedawno polimerowe hydrożele, które zmnieniają swoją objętość, gdy w ich bezpośrednim otoczeniu pojawia się odpowiednia cząsteczka biochemicza np. nukleotyd, aminokwas czy białko.

Niemieccy naukowcy, jako pierwsi opracowali hydrożel - uwodniony polimer - który reaguje ruchem, kurcząc się lub ponownie rozkurczając, na zmiany chemiczne, a dokładniej biochemiczne otoczenia. Nowość to przykład inteligentnych polimerów, które będą w przyszłości wykorzystywane m.in. do produkcji nowoczesnych systemów dostarczania leków, tworzenia opakowań, a także posłużą jako środki selektywnie usuwające toksyny ze środowiska.

- Chemomechaniczne polimery (czyli cząsteczki, które ulegają mechanicznemu przekształceniu w odpowiedzi na obecność jakiegoś czynnika chemicznego) stanowią unikatowy układ, który łączy w sobie cechy sensora oraz wzmacniacza sygnału w jednym. Dzięki tym właściwościom nie jest konieczne stosowania dodatkowych, zewnętrznych elementów, które wzmacniają sygnał czujnika – tłumaczy Hans Schneider z niemieckiego Uniwersytetu Saarland w Saarbrücken.

Wyraźne zmiany objętości polimeru można obserwować, gdy w otoczeniu "inteligentnego" żelu znajdą się tak ważne dla biochemii cząsteczki, jak nukleotydy, aminokwasy czy białka. Dodatkowo, układ ten jest wrażliwy na pH środowiska, co czyni go jeszcze bardziej przydatnym dla zastosowań biomedycznych.

Polimer zbudowany z modyfikowanych łańcuchów polisacharydowych - chitozanu - specyficznie reaguje na obecność izomerów D dibenzoilowych pochodnych kwasu winowego, kurcząc się nawet o 94 proc. swej wyjściowej objętości. Gdy w otoczeniu polimeru znajduje się izomer L (cząsteczka o przeciwnej konfiguracji atomów niż izomer D) hydrożelowy czujnik kurczy się zaledwie o 20 proc.

- Takie właściwości oraz fakt, iż czujnik inaczej reaguje na ten sam czynnik w środowisku o różnym pH, pozwala na stworzenie prostego układu logicznego, który będzie dawał pozytywną odpowiedź, tylko i wyłącznie w sytuacji, gdy oba parametry będą spełnione. Chodzi o obecność substancji aktywującej oraz ściśle określone pH – dodaje prof. Schneider.

Podobne cechy posiada również inny materiał opracowany przez naukowców współpracujących z uniwersytetem z Saarbrucken - hydrożel na bazie polimetakrylanu metylu PMMA. W tym przypadku zawiera on miejsca wiążące typu etylenodiaminy. W tej sytuacji pojawienie się aminokwasów lub peptydów powoduje mechaniczną reakcję żelu jedynie w obecności jonów miedzi lub cynku.

Hydrożelowe czujniki mogą być wytwarzana zarówno w postaci litego materiału, ultra cienkich warstw, czy jako mikrocząstki. Odpowiednia manipulacja morfologią pozwala na kontrolowane modyfikowanie szybkości reakcji i czułości czujników.

Polimery syntetyczne są podstawowym budulcem tworzyw sztucznych.