中子可以分析聚合物凝膠的不尋常屬性
化妝品,粘合劑和涂料等產品依賴于一個共同的關鍵組成部分:凝膠。聚合物凝膠是一種具有獨特性質的凝膠類型,因其在醫(yī)學應用中的潛在用途而引起了研究人員的興趣。
研究表明,改變聚合物凝膠的結構可以顯著影響它們的性質,但目前還不清楚為什么。為了了解這種情況發(fā)生的原因和原因,麻省理工學院(MIT)和能源部(DOE)橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的一組研究人員正在使用中子散射來深入研究。
聚合物凝膠由聚合物鏈組成,連接它們的連接點。隨著熱力學條件的改變,連接處的尺寸相對于連接它們的鏈條而變化。這些變化可以使凝膠變得更強,并產生更好的反應特性。為了研究這些關系,研究人員正在ORNL的散裂中子源 - 美國能源部科學用戶設施辦公室使用EQ-SANS儀器。
“我們正在努力了解結合大小的作用以及結合相互作用如何影響凝膠的機械性能,”ORNL的博士后研究員Christopher Lam說。
聚合物凝膠可用于藥物遞送,因為它們的結構適應其環(huán)境的變化。例如,具有溫度響應特性的聚合物凝膠可以在室溫下容易地流動,但隨后在諸如人體的較溫暖環(huán)境中變硬。這些類型的凝膠可以幫助確保當藥物注入體內時,它會停留在它要撞擊的區(qū)域。
類似地,具有壓力響應特性的聚合物凝膠可以設計成在注射器中在低壓下容易地流動,但隨著凝膠噴射并且壓力增加而變硬。
中子是聚合物凝膠等材料的良好探針,主要是因為它們對氫及其同位素氘的敏感性。研究人員使用一種稱為對比匹配的獨特技術,用氘代替了凝膠中的一些氫原子,這使得特定的結構成分被中子突出。
使用EQ-SANS儀器的新型rheo-SANS環(huán)境使研究人員能夠使凝膠受到剪切應力 - 剪切應力是平行于材料橫截面的應力,就像兩塊板相互滑過 - 并觀察結構的相應變化。
通過比較具有大結點的凝膠結構和具有小結的結構的結構如何剪切和變形,研究人員可以開始了解凝膠連接的尺寸如何影響凝膠特性。利用他們的發(fā)現,研究人員可以找到開發(fā)改進的聚合物凝膠的方法。
“如果我們了解凝膠的結構,那基本上會給我們一個更好的框架,”林說。“那么我們可以說'我們需要這種特性,這種化學設計,以及這種成分和濃度的比例'。”
“我總是試圖在我們從根本上做多少以及如何將其應用到我們將要使用的東西之間找到平衡點。我正在嘗試利用這種基本理解來真正設計出更好的生物醫(yī)學凝膠。”
該實驗的其他研究人員包括麻省理工學院化學工程系的首席研究員Bradley D. Olsen,ORNL的Wei-Ren Chen和麻省理工學院博士后研究員Michelle Calabrese。該研究得到美國能源部科學辦公室的支持。
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