Productos como cosméticos, adhesivos, y las pinturas se basan en un componente clave común:los geles. Geles poliméricos, un tipo de gel con propiedades únicas, han despertado el interés de los investigadores debido a sus posibles usos en aplicaciones médicas.

Los estudios han demostrado que modificar las estructuras de los geles poliméricos puede afectar significativamente sus propiedades, pero no está claro por qué. Para saber cómo y por qué sucede eso, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE) están utilizando la dispersión de neutrones para profundizar en el análisis.

Los geles poliméricos están formados por cadenas poliméricas con uniones que las conectan. A medida que cambian las condiciones termodinámicas, los tamaños de las uniones cambian en relación con las cadenas que las conectan. Los cambios pueden hacer que los geles se vuelvan más fuertes y desarrollen mejores propiedades de respuesta. Para investigar estas relaciones, los investigadores están utilizando el instrumento EQ-SANS en la fuente de neutrones de espalación de ORNL, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.

"Estamos tratando de comprender el papel del tamaño de la unión y cómo las interacciones de la unión contribuyen a las propiedades mecánicas del gel, "dijo Christopher Lam, investigador asociado postdoctoral en ORNL.

Los geles poliméricos son útiles para la administración de fármacos porque sus estructuras se adaptan a los cambios en su entorno. Por ejemplo, un gel de polímero con propiedades de respuesta a la temperatura podría fluir fácilmente a temperatura ambiente pero luego endurecerse en un ambiente más cálido como el cuerpo humano. Estos tipos de geles pueden ayudar a garantizar que cuando se inyecta un medicamento en el cuerpo, permanece en el área que debe impactar.

Similar, Los geles de polímero con propiedades de respuesta a la presión se pueden diseñar para que fluyan fácilmente mientras están a baja presión en una jeringa, pero luego se endurecen a medida que se expulsa el gel y aumenta la presión.

Los neutrones son buenas sondas de materiales como geles poliméricos, en gran parte debido a su sensibilidad al hidrógeno y su isótopo, deuterio. Usando una técnica única conocida como coincidencia de contraste, los investigadores reemplazaron algunos de los átomos de hidrógeno en el gel con deuterio, lo que permitió que los neutrones resaltaran componentes estructurales específicos.

El uso del nuevo entorno rheo-SANS del instrumento EQ-SANS permitió a los investigadores someter los geles a un esfuerzo cortante, que es un esfuerzo paralelo a la sección transversal del material. como dos placas que se deslizan una al lado de la otra, y observe los cambios correspondientes en la estructura.

Al comparar cómo las estructuras de los geles con uniones grandes y aquellas con uniones pequeñas se cizallan y deforman, los investigadores pueden comenzar a comprender cómo los tamaños de las uniones de gel pueden afectar las propiedades del gel. Usando sus hallazgos, los investigadores pueden encontrar formas de desarrollar geles poliméricos mejorados.

"Si conocemos la estructura de los geles, que básicamente nos da un mejor marco, ", dijo Lam." Entonces podemos decir 'necesitamos esta propiedad, este diseño químico, y esta relación de componentes y concentración ».

"Siempre trato de encontrar un equilibrio entre cuánto hacemos fundamentalmente y cómo podemos pensar en aplicar eso a algo que usaremos. Estoy tratando de usar este conocimiento fundamental para diseñar realmente mejores geles biomédicos".

Otros investigadores de este experimento incluyen a los principales investigadores Bradley D. Olsen del Departamento de Ingeniería Química del MIT, Wei-Ren Chen de ORNL, y Michelle Calabrese, investigador postdoctoral en el MIT. La investigación cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del DOE.