Тройная угроза: полимер, который захватывает и высвобождает
Химик из Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработал наноструктурированный материал, который может отпугивать вредителей, ароматизировать воздух и в будущем, возможно, использоваться для контролируемой доставки лекарств, например, в виде назального спрея.
Карен Л. Вули, доктор философии, использовала материалы, созданные более четырёх лет назад в качестве противообрастающих покрытий для судов, чтобы теперь захватывать молекулы ароматизаторов и высвобождать их при комнатной температуре.
Вули смешивает два обычно несовместимых полимера — гиперразветвлённый фторполимер и линейный полиэтиленгликоль — и позволяет им разделиться на фазы, образуя различные домены. Химический процесс сшивания затем отверждает смесь, создавая неоднородное покрытие с наноразмерным рельефом из "гор" и "долин", варьирующимся от твёрдого до мягкого и от гидрофильного до гидрофобного. Такая сложная поверхность затрудняет прикрепление морских организмов.
Приглашение для "гостей"
Исследователи предположили, что подповерхностная морфология материала может действовать как губка с каналами-капиллярами для захвата и удержания молекул-гостей.
Используя термогравиметрический анализ (TGA), они начали изучать высвобождение молекул ароматизаторов из полимерной матрицы. Оказалось, что температура высвобождения зависит от состава материала-хозяина.
Ключевое открытие: в сложных композитных материалах (предназначенных для противообрастающих покрытий) наблюдалось прогрессивное снижение температуры высвобождения летучих молекул по сравнению с их испарением из пустой чашки TGA.
"Что удивительно, так это снижение температуры на 55 градусов, при котором эта малая молекула покидает материал-хозяин, по сравнению с её уходом из пустой чашки", — объяснила Вули.
Это свойство может быть полезно для высвобождения летучих агентов при комнатной температуре, например, для ароматизации или назальной доставки лекарств.
Аналогия с губкой и странные свойства
Учёные пока не знают, где именно в материале находятся молекулы-гости. Для изучения этого они вводят стабильные изотопы в состав как хозяина, так и гостей.
Материал также демонстрирует необычные механические свойства: подобно гидрогелю, он впитывает воду, но при этом становится прочнее.
"Если сравнить наши материалы с подгузником, то мокрый подгузник становится почти окаменевшим", — говорит Вули.
Это связано с увеличением модуля упругости (мера напряжения относительно деформации). В наноразмерных каналах материала вода не может быстро выйти, что препятствует реорганизации материала и приводит к его упрочнению.
Исследование было представлено на весеннем собрании Американского химического общества (ACS) в 2006 году и опубликовано в Journal of the American Chemical Society (2005, 127, 11238-11239).