« Programmation » d’un seul polymère pour obtenir différents comportements thermiques

Actuellement, les polymères synthétiques sont extrêmement courants : il s’agit de chaînes de structures moléculaires conçues par des scientifiques pour répondre à une multitude d’objectifs.

Des scientifiques de la FAMU-FSU College of Engineering a créé une paire de polymères étroitement liés qui présentent des réponses différentes à différents seuils de température malgré leur conception similaire. Ces polymères sont prometteurs pour diverses applications, allant des utilisations médicales et de la synthèse des protéines aux revêtements protecteurs et à divers autres domaines. L’étude a été publiée dans la revue Macromolécules.

Généralement, pour avoir un comportement thermique donné, nous devons préparer un polymère pour cette application spécifique, et si vous souhaitez avoir un autre comportement extrême du polymère, vous devez alors préparer un polymère complètement différent. Mais désormais, grâce à ces travaux, nous disposons d’un seul type de polymère qui peut être rapidement adapté avec un minimum d’interférences pour les deux tâches..

Hoyong Chung, auteur de l’étude et professeur agrégé, College of Engineering, Florida State University

Le polymère des scientifiques est construit à partir de sulfoxyde, un composé composé de molécules de soufre, d’oxygène et de carbone. Dans une version, un composant supplémentaire est intégré : un groupe méthylène constitué d’une paire d’atomes d’hydrogène. Cette altération structurelle mineure est suffisante pour susciter des comportements distincts sensibles à la température de chaque polymère.

Dans chaque mélange, il existe des températures critiques spécifiques auxquelles les composants se dissolvent complètement dans une solution, quelles que soient les concentrations de ces composants dans le mélange.

Concernant le polymère des chercheurs, une variante présente une solubilité dans l’eau à des températures plus basses mais passe à l’insolubilité à des températures plus élevées. À l’inverse, l’autre variante présente le comportement opposé, étant insoluble à des températures plus basses mais se dissolvant facilement lorsque les températures dépassent un seuil critique.

“Ce comportement contrasté, apparu avec un seul changement mineur, était une découverte surprenante. C’est une voie passionnante pour de futures recherches», note Biswajit Saha, chercheur postdoctoral et auteur principal de l’article.

En plus de leurs travaux révolutionnaires sur le polymère à température contrôlable, l’équipe de recherche a découvert plusieurs autres découvertes importantes.

Un nouveau mécanisme qui régit un seuil de température critique

Des recherches antérieures avaient principalement attribué la température de dissolution des polymères sensibles à la température dans une solution, connue sous le nom de seuil critique supérieur de solution, aux liaisons des atomes d’hydrogène.

Cependant, l’équipe de Chung a identifié que l’interaction entre les pôles chargés positivement et négativement de différentes molécules, un phénomène appelé interaction dipôle-dipôle, pouvait également prédire la température à laquelle leur polymère se mélangerait à l’eau. Leur groupe a notamment mené des recherches expérimentales démontrant le rôle de cette interaction en tant que force motrice du comportement thermique.

Comportement thermique en deux étapes

Alors que la majorité des solutions subissent une transition en une seule phase lorsqu’elles franchissent leur seuil de température, le polymère conçu par l’équipe de Chung présente une transition de phase unique en deux étapes.

Cette caractéristique distinctive est la promesse de nouvelles applications pionnières dans le domaine de la médecine. Par exemple, cela pourrait conduire au développement d’une capsule médicinale unique qui se dissoudrait dans l’estomac d’un patient en deux étapes séquentielles, permettant ainsi une administration précise et contrôlée du médicament.

Nous avons eu la chance de disposer de ces différentes informations avec une seule conception. Un seul polymère qui peut être « programmé » pour obtenir différents comportements signifie que cette molécule peut être facilement adaptée à différentes applications..

Hoyong Chung, auteur de l’étude et professeur agrégé, College of Engineering, Florida State University

L’étude a été financée par la National Science Foundation.

Référence du journal :

Saha, B. et Chung, H. (2023). Homopolymères contenant du sulfoxyde non chargés avec des comportements thermosensibles programmables. Macromolécules. est ce que je.org/10.1021/acs.macromol.3c01048.

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