Betainer är material med både en positivt laddad funktionell grupp och en negativt laddad funktionell grupp kopplade av en alkylkedjedistans. Denna kombination av funktionella grupper får betainer att starkt locka till sig vatten, vilket gör dem användbara för att hålla kvar vatten. Betainer förhindrar celldehydrering i organismer och spelar också roller i vissa reaktioner. Kommersiellt, betainer används i DNA-amplifiering och kemisk syntes. Betaingrupper kan inkluderas i polymerborstar, som är polymerer som är bundna till en yta. De resulterande polymerborstarna är attraktiva för användning i smörj- och antifouling-applikationer eftersom de hydratiserade betaingrupperna förhindrar vidhäftning av andra material. Dock, hydratiseringstillstånden för polymerborstar är fortfarande dåligt förstådda.

Det är känt att längden av alkylkedjedistansen mellan de laddade funktionella grupperna i en betain påverkar dess hydratiseringstillstånd. Ett japanskt samarbete som leddes av Kyushu University undersökte nyligen effekterna av den laddade gruppens distanslängd av betainer i polymerborstar på deras hydreringstillstånd för att ge en tydligare bild av förhållandet mellan strukturen och egenskaperna hos dessa material.

Forskarna syntetiserade först en serie polymerborstar med alkylkedjedistanser av olika längd på kiselskivor. Polymerborstarna kännetecknades sedan av en rad olika tekniker. Särskilt, neutronreflektivitet användes för att undersöka hydratiseringstillstånden hos polymerborstarna. Resultaten av polymerborstekarakterisering avslöjade att endast vissa parametrar berodde på längden på alkylkedjedistansen. Vattenupptaget av polymerborstarna som exponerades för vatten eller fuktig luft berodde inte på kedjedistansens längd.

"Vi fann att polymerborstarna svällde i fuktig luft och vatten eftersom hydratiseringen av de laddade betaingrupperna ledde till minskningen av den fria gränssnittsenergin mellan vatten och borstarna, "säger Yuji Higaki, en biträdande professor vid Kyushu University's Institute for Materials Chemistry and Engineering (IMCE) / International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (WPI-I2CNER).

"Våra fynd avslöjar hur den laddade gruppdistanslängden hos betainer modulerar interaktionen mellan polymerborstar och vatten, " säger teamledaren Atsushi Takahara, en professor vid IMCE och WPI-I2CNER.

Teamets resultat bör underlätta utvecklingen av smörjande och smutsiga ytor för användning i marina miljöer eller under fysiologiska förhållanden.

Artikeln "Effect of Charged Group Spacer Length on Hydration State in Zwitterionic Poly(sulfobetaine) Brushes" publicerades nyligen i Langmuir .