En prisvärd, tungmetall- och luktfri metod för att göra ihåliga polymernanostrukturer har designats av A*STAR-forskare. Dessa strukturer kan användas som leveranssystem för personliga vårdprodukter, läkemedel och jordbrukskemikalier.

Användningen av ihåliga polymernanostrukturer för att bära - och bevara stabiliteten hos - aktiva ingredienser, som salicylsyra, vitaminer, droger och bekämpningsmedel, blomstrar. Dessa skal släpper last på begäran som svar på triggers som vatten. Nuvarande tillverkningsmetoder är ofullkomliga, på grund av endera kostnaden, miljö- eller säkerhetsskäl. Betydande insatser läggs därför på att utveckla alternativ.

Alexander van Herk från A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences och Atsushi Goto från Nanyang Technological University, har designat ett värdeskåp, enkel väg att syntetisera polymernanopartiklar, nanocylindrar och nanokapslar.

Det första steget i denna tvåstegssyntes är att polymerisera metylakrylsyra (MAA) i närvaro av jod för att göra alkyljodider. Poly(metakrylsyran) (PMAA) fungerar sedan som en initiator i polymerisationen av metylmetakrylat (MMA) och bildningen av blocksampolymeren. Natriumjodid är katalysatorn i båda stegen. PMAA är hydrofilt och poly(metylmetakrylat) (PMMA) är hydrofobt, vilket innebär att i polära lösningsmedel som etanol och vatten självmonteras sampolymeren till ihåliga nanostrukturer.

Genom att variera polymerproportionerna, van Herk och Goto kunde bestämma nanostrukturernas form. Den lägsta delen av PMMA till PMAA gav nanopartiklar; att öka det hydrofoba innehållet ledde till nanocylindrar, sedan nanokapslar. Teamet fann också att justering av de två polymerlängderna möjliggjorde kontroll över strukturstorlek och skaltjocklek.

Användningen av jod är den mest innovativa delen av detta arbete. Natriumjodid är mycket aktivt, biologiskt säker, billig, färglös och luktfri. Nuvarande polymerisationer använder antingen illaluktande svavelinnehållande grupper, eller tungmetalljoner såsom koppar. "Att använda jodmedierad kontrollerad radikalpolymerisation ger oss svavel- och metallfria kapslar som har bredare acceptans än de som producerats med de tidigare metoderna, säger van Herk.

Teamet upprepade experimenten och tillsatte en liten mängd tvärbindningsbar hydrofob monomer etylenglykoldimetakrylat till MMA i det andra polymerisationssteget. "Tvärlänkning är viktigt för att "frysa" strukturen, för att säkerställa att det inte ändras under fortsatt hantering, ", säger van Herk. Detta ledde till mer stabila nanostrukturer.

Leveransförmågan hos dessa polymerer har ännu inte testats. "Än så länge har vi inte laddat dessa kapslar med aktiva substanser som vitaminer eller peptider. Nästa steg kan vara att göra det, och studera sedan releaseprofilerna, säger van Herk.