Dr. Lester Barnsley, cientista de instrumentos da Forschungszentrum Juelich, no sistema de espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo KWS-1 do Heinz Maier-Leibnitz Zentrum na Heinz Maier-Leibnitz Research Neutron Source (FRM II) na Universidade Técnica de Munique, onde os polímeros de escova de garrafa foram investigados. Crédito:Wenzel Schuermann / TUM
Eles se parecem com escovas de garrafa microscópicas:polímeros com uma espinha dorsal e tufos de braços laterais. Este projeto molecular dá a eles habilidades incomuns:por exemplo, eles podem ligar agentes ativos e liberá-los novamente quando a temperatura muda. Com a ajuda de nêutrons, uma equipe de pesquisa da Universidade Técnica de Munique (TUM) conseguiu agora revelar as mudanças na estrutura interna durante o processo.
"A estrutura dos polímeros de escova de garrafa, que têm apenas nanômetros de tamanho, não pode ser investigado usando métodos ópticos clássicos:pode ser visto que uma solução aquosa contendo esses polímeros torna-se turva a uma certa temperatura. Mas por que este é o caso, e como a espinha dorsal e os braços laterais se estendem na água ou se contraem, ainda não foi esclarecido, "relata a Prof. Christine Papadakis.
Há uma razão simples pela qual os cientistas gostariam de saber mais sobre a vida interior dos polímeros para escovas de garrafa:as moléculas fofas, que consistem em diferentes cadeias de polímero e mudam abruptamente sua solubilidade em água a uma determinada temperatura, são candidatos promissores para uma variedade de aplicações.
Por exemplo, eles podem ser usados como catalisadores para acelerar reações químicas, como interruptores moleculares para abrir ou fechar válvulas minúsculas, ou como meio de transporte para medicamentos - as escovas moleculares podem, assim, levar os produtos farmacêuticos a um centro de inflamação e, porque a temperatura está elevada lá, libere-os diretamente no local de ação.
Contudo, o pré-requisito básico para usar as moléculas do pincel é que seu comportamento possa ser programado:Teoricamente, os químicos podem usar uma combinação de blocos de construção solúveis em água e insolúveis em água para determinar precisamente a que temperatura os polímeros se aglutinam e o líquido no qual foram dissolvidos torna-se turvo. "Na prática, Contudo, você tem que saber exatamente como e em que condições a estrutura dos polímeros muda se você deseja projetar moléculas de pincel inteligente, "explica Papadakis.
Os nêutrons revelam sua vida molecular interna
Junto com sua equipe no Grupo de Física da Matéria Mole da Universidade Técnica de Munique, agora ela foi capaz de visualizar pela primeira vez as mudanças pelas quais os polímeros de escova de garrafa com braços feitos de dois tipos diferentes de blocos de construção sofrem quando a temperatura atinge o ponto de turvação.
Após o aquecimento, escovas moleculares termorresponsivas com cadeias laterais de copolímero de óxido de propileno / óxido de etileno em solução aquosa separam as moléculas de água. Dependendo da estrutura do polímero, a estrutura molecular entra em colapso no ponto de nuvem, resultando em bobinas de polímero insolúveis em água, que formam aglomerados soltos ou compactos dependendo do teor de água residual. Crédito:Reiner Mueller / TUM
Os cientistas usaram radiação de nêutrons da Research Neutron Source Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) no campus Garching em um instrumento especial para espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo, que é operado pela Forschungszentrum Jülich
Este método é particularmente adequado para a investigação porque os nêutrons são eletricamente neutros e, portanto, penetram na matéria facilmente. Lá eles estão espalhados pelos núcleos atômicos, o que resulta em informações detalhadas sobre as moléculas do pincel. Em combinação com a moderna microscopia crioeletrônica, uma compreensão detalhada dessas moléculas pode ser obtida.
Quando as escovas se aglomeram
As moléculas de escova termorresponsiva estudadas pela equipe de Papadakis foram sintetizadas por químicos da National Hellenic Research Foundation na Grécia e da Technische Universität Dresden, respectivamente.
Na primeira etapa, as amostras foram dissolvidas em água, então gradualmente aquecido até o ponto de nuvem e irradiado com nêutrons. Um detector monitorou a radiação espalhada. Do sinal de espalhamento, os pesquisadores foram capazes de deduzir as mudanças estruturais.
Dependendo da estrutura dos polímeros, as moléculas de água se separaram antes mesmo de o ponto de nuvem ser atingido. No próprio ponto de nuvem, a estrutura molecular dos polímeros entrou em colapso. O que restou foram bobinas de polímero insolúveis em água, que formaram aglomerados soltos ou compactos dependendo do teor de água residual.
"Os resultados ajudarão a desenvolver polímeros para escovas de garrafa adequados para o uso prático, "o físico está convencido." Se você sabe exatamente como os polímeros mudam no ponto de nuvem, você pode otimizar sua estrutura química para diferentes aplicações. "
