p Os géis são materiais que estão presentes em muitos produtos de uso diário, como xampus, protetores solares e gelatina alimentar, entre muitos outros. Eles são formados por misturas nas quais grandes quantidades de líquido, geralmente água, estão confinados dentro de uma rede flexível de cadeias de polímero ou partículas coloidais. Entre os diferentes tipos de géis, todos com diferentes propriedades e aplicativos, nanogéis são partículas de polímero reticulado de tamanho submicrométrico que podem transportar ou incorporar macromoléculas em sua estrutura de rede. Está Propriedade, juntamente com seu caráter "suave" e a capacidade de introduzir características de resposta a estímulos, significa que eles têm muitas aplicações atraentes, inclusive dentro de produtos farmacêuticos, em particular a distribuição de drogas. Um novo estudo publicado em Nanoscale por uma equipe internacional de cientistas da Queen Mary University of London e do Institut Laue-Langiven fornece importantes informações ausentes sobre o comportamento dos nanogéis nas interfaces, e pode levar a uma via de administração de medicamentos mais amigável ao paciente do que os métodos atuais. p Nanogéis baseados em NIPAM (N-isopropilacrilamida) são considerados materiais 'inteligentes' ou 'comutáveis' devido ao fato de que eles passam por uma transição de fase a uma temperatura crítica próxima à temperatura fisiológica - a temperatura humana normal de 37 ° C. Isso significa que eles têm o potencial como um veículo inteligente de entrega de medicamentos, onde a liberação de um agente ativo ou medicamento pode ser desencadeada por mudanças na temperatura. Isso pode ser usado por um simples contato, por exemplo, em sistemas de administração transdérmica através de nossa pele. O desenvolvimento de tais sistemas baseados em polímeros requer um melhor entendimento da complexa estrutura dinâmica de tais nanomateriais e atualmente faltam dados experimentais sobre como esses materiais realmente se comportam nas interfaces.

p Os nêutrons são a ferramenta ideal para investigar a estrutura microscópica dos nanogéis, ajudando assim a entender como suas propriedades podem ser controladas. Em particular, refletometria de nêutrons é a técnica de escolha para o estudo de superfícies e interfaces. Como tal, o refletômetro ILL FIGARO foi escolhido como a principal plataforma experimental para este estudo.

p A equipe QMUL-ILL usou nanogéis baseados em NIPAM sintetizados com diferentes porcentagens de MBA (N, N′-metilenobisacrilamida) como um reticulador na faixa de 10-30%, e os caracterizou à temperatura fisiológica humana. Estudos estruturais detalhados desses sistemas em uma escala de comprimento molecular não foram tentados até agora.

p Nesse trabalho, foi mostrado que uma grande mudança conformacional para os nanogéis ocorre na interface ar / água. Descobriu-se que o modelo de três camadas descreve esses sistemas na superfície; uma primeira camada colapsada densamente compactada em contato com o ar, uma segunda camada de polímero solvatado e uma terceira camada de cadeias de polímero difusas se estendendo para a solução em massa. Este estudo também fornece a primeira evidência experimental de mudanças estruturais de nanogéis em função do grau de reticulação na interface ar / água.

p À medida que a porcentagem de reticulante incorporado nos nanogéis foi aumentada, matrizes mais rígidas foram obtidas e a quantidade de nanogéis adsorvidos aumentou. A natureza de não equilíbrio desses sistemas significa que não é possível aplicar uma análise de tensão superficial normal para estimar a quantidade em uma interface. Em vez disso, as medições de refletividade de nêutrons com variação de contraste isotópico fornecem um meio sensível para determinar a quantidade adsorvida. Também permite que as mudanças na fração de volume dos nanogéis na interface sejam acompanhadas com o tempo, conforme mais e mais material chega à interface. A técnica também destaca mudanças na conformação, o que é importante para relacionar a estrutura à função para esta classe de materiais. Como as interações de nêutrons variam de forma irregular com os números atômicos (ou seja, diferentes isótopos), a técnica permite que diferentes aspectos da estrutura sejam destacados usando a substituição isotrópica. A análise das medidas registradas em diferentes contrastes isotópicos leva à resolução de estruturas complexas.

p FIGARO é um refletômetro de nêutrons no ILL que é otimizado para medições em superfícies de líquido livre. É um instrumento versátil, que em seus seis anos desde o comissionamento já gerou mais de 70 publicações revisadas por pares. Tem uma configuração de alta intensidade para medições dinâmicas à medida que os materiais se juntam nas interfaces, que foi explorado nesta pesquisa, bem como a capacidade de registrar dados em uma ampla faixa dinâmica necessária para resolver estruturas interfaciais difusas.

p Dr. Richard Campbell, o primeiro cientista responsável do ILL no instrumento FIGARO, disse:"As medições de tensão superficial são mais sensíveis ao material montado bem na superfície do ar, enquanto o poder de penetração da refletividade de nêutrons resulta em sensibilidade a estruturas mais difusas. Este estudo estrutural foi possível devido à capacidade de realizar medições rápidas da dinâmica montagem interfacial, bem como medições mais detalhadas para acessar as estruturas difusas presentes nos nanogéis usando uma configuração otimizada de alta intensidade do FIGARO. "

p Os perfis de refletividade de nêutrons e fração de volume podem ser vistos na Figura. Três regiões distintas da estrutura da superfície em relação à profundidade são mostradas. Há uma primeira camada em contato com o ar que é bastante densa, com uma fração de volume de cerca de 60%, seguida por duas camadas que se difundem mais gradualmente. Interessantemente, o conteúdo de água na primeira camada aumenta com a quantidade de MBA - isso pode ser atribuído a uma redução na capacidade de alterar a conformação (e, assim, repelir a água da rede de polímero) dos géis com maior grau de reticulação.

p Os dados estruturais também sugerem um amplo rearranjo da conformação das partículas de nanogel na interface durante o processo de adsorção, resultando em deformação estrutural - o grau de deformação diminui com o aumento da porcentagem de reticulador. Embora as diferenças nas conformações entre o volume e a interface líquido / líquido para microgéis baseados em NIPAM tenham sido levantadas anteriormente, este estudo é o primeiro a fornecer evidências experimentais de apoio.

p Dr. Ali Zarbakhsh, da Escola de Ciências Biológicas e Químicas da QMUL afirmou:"Os dados apresentados fornecem informações importantes que faltam no comportamento das partículas de gel nas interfaces. Acreditamos que podem levar ao alcance do racional, design inteligente de novos materiais para aplicações específicas. Nossa pesquisa, combinada com a percepção obtida de estudos adicionais sobre sistemas relacionados no futuro, pode levar a uma plataforma promissora que tem as características de uma via de administração de medicamentos mais amigável ao paciente do que as alternativas atuais. "