En polymer med förändrade egenskaper och breda tillämpningar har utvecklats på A*STAR. Polymeren förändras mellan kärnskal-nanopartiklar, självmonterade tätorter, och nedbrutna fragment, beroende på miljöförhållanden. Det kan hitta applikationer i produkter för personlig vård, jordbrukskemikalier, och nanomedicin.

Stjärnans hypergrenade polymerer bildas när linjära kedjor sträcker sig från en central tvärbunden kärna. De inre hålrummen i dessa kärnskalstrukturer kan användas för att inkapsla mindre, hydrofoba molekyler. Studier tyder på att de starka kemiska bindningarna i dessa material förhindrar för tidig "burstfrisättning" av last.

De robusta karaktären hos dessa polymerer, dock, skapar också ekologiska och giftiga faror i slutet av deras livslängd. Alexander Jackson från A*STAR's Institute of Chemical and Engineering Sciences (ICES) och kollegor har nu syntetiserat stjärnhypergrenade polymerer som båda kan inkapsla läkemedelsmolekyler, och sedan biologiskt nedbrytas till mindre komponenter.

Jackson förklarar att kemister har utvecklat flera verktyg för att syntetisera nedbrytbara polymerer, varav en involverar cykliska molekyler som kallas ketenacetaler. Dessa föreningar kan öppnas och kopplas till polyestrar med användning av fri radikal kemi. Till skillnad från konventionell radikalpolymerisation, detta tillvägagångssätt introducerar kol-syrebindningar i polymerkedjan som underlättar nedbrytningsreaktioner.

"Radikala ringöppnande polymerisationer av cykliska ketenacetaler har förståtts i cirka 30 år, "säger Jackson." Den riktigt spännande aspekten av denna forskning var att ta denna kemi och kombinera den med moderna tekniker med hjälp av "levande" polymerkedjor. "

Levande polymerisationer är så kallade eftersom de kommer att fortsätta att växa utåt efter tillägg av olika byggstenar. Detta ger kemister exakt kontroll över kedjelängder och sammansättning - kritiska funktioner som behövs för avancerade leveransanordningar.

Initialt, forskarna använde levande radikal polymerisation för att förbereda metakrylatbaserade strukturer. Experiment visade att dessa material reversibelt kunde svälla och dra ihop sig med förändringar i pH och också växla mellan enskilda partiklar och större nanoskala -aggregat genom att helt enkelt ändra lösningstemperaturen. Dessa triggers användes för kontrollerad frisättning av hydrofob last.

Nästa, det A*STAR-baserade teamet optimerade de förutsättningar som behövs för att utföra ringöppning av cykliska ketenacetaler samtidigt under den levande metakrylatpolymeriseringen. Detta skapade en nedbrytbar analog av den initiala stimuli-responsiva strukturen.

"Vi kommer att använda detta tillvägagångssätt för att utveckla ännu fler av den här typen av polymerer, inklusive nedbrytbar polystyren och andra akrylater, "säger Jackson." Detta förhindrar oönskad ansamling av dessa material efter att de har levererat sin last. "

För närvarande, ICES -forskarna hjälper tillverkare att utöka möjligheterna för återvinningsbara polymermaterial med hjälp av två branschfinansieringsfondprojekt som fokuserar på reaktionsteknik och inkapslingsteknik.