A estrutura dos géis poliméricos reticulados é muito semelhante ao do tecido mole - o que é uma das razões pelas quais compreender este material é tão crítico, de acordo com Kelly Schultz, professor assistente do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade de Lehigh.

Schultz fez parte de uma sessão especial da Reunião Anual do Instituto Americano de Engenharia Química (AIChE) em Pittsburgh no mês passado, onde ela foi convidada a apresentar seu trabalho de laboratório determinando como o aumento das concentrações de polímeros em solução muda a estrutura dos géis reticulados. O título da sessão foi "AIChE Journal Futures:Novos Rumos na Pesquisa de Engenharia Química."

A palestra de Schultz foi baseada em um artigo que ela contribuiu por convite para o "Futures Issues" inaugural do AIChE, projetado para destacar o trabalho de pesquisadores em início de carreira. O papel, com co-autoria de seu ex-Ph.D. aluna, Matthew Wehrman, e quatro alunos de graduação da Lehigh, é chamado de "Propriedades reológicas e estrutura de géis de crescimento em etapas e em cadeia concentrados acima da concentração de sobreposição."

"Aumentar a concentração de polímeros permite que eles interajam, "diz Schultz." Essas interações podem mudar a estrutura do material e até mesmo enfraquecê-lo potencialmente. "

Por meio de experimentos, ela e sua equipe descobriram que a estrutura dos géis poliméricos reticulados é independente da concentração, até que um limite seja alcançado - chamado de concentração de sobreposição - que é quando os polímeros começam a interagir. Após este limite, a estrutura é novamente independente da concentração.

A descoberta central do grupo é que mais polímeros não significa necessariamente que o gel será mais elástico ou rígido.

"Isso foi inesperado, "diz Schultz." Nós pensamos que haveria uma mudança gradual na estrutura do andaime, mas em vez disso há uma mudança gradual quando essas interações se tornam altas o suficiente. "

Identificar essa característica pode ser de particular importância para aplicações industriais, pois o trabalho da equipe mostra que essas estruturas de gel polimérico reticulado podem ser obtidas com uma quantidade menor de polímero.

"Em outras palavras, "diz Schultz, "você pode obter o resultado que deseja com o mínimo de material."

O trabalho de Schultz sobre isso é novo por causa de como sua equipe olhou para andaimes em altas concentrações de polímero - ou com interações poliméricas. A maioria dos estudos, ela diz, permaneça sob a concentração de sobreposição para que as interações do polímero não complicem a gelificação.

“Com este trabalho, engenheiros químicos podem começar a entender como as interações poliméricas mudam a estrutura do gel e como essas estruturas podem ser acessadas em concentrações de polímero relativamente baixas, "diz Schultz.

A equipe usou uma técnica chamada microrreologia de rastreamento de partículas múltiplas (MPT) para medir a gelificação desses suportes de hidrogel polimérico. Esta técnica usa microscopia de vídeo para capturar o movimento térmico de partículas de sonda incorporadas. A partir do movimento térmico, eles podem determinar as propriedades do material. Usando MPT em combinação com uma técnica de análise, superposição de cura pelo tempo, eles foram capazes de determinar o tempo de gelificação e a estrutura do material no ponto de gel, que é quando a primeira amostra se forma de cluster de rede.