Forskare vid Shinshu University registrerade framgångsrikt tidigare oförklarat beteende hos hydrogelmikrosfärer (mikrogeler) med hjälp av ett nyligen anpassat verktyg:temperaturkontrollerad höghastighets atomkraftsmikroskopi (TC HS AFM). Den här maskinen, som är den enda i världen, sammanställdes av Dr. Takayuki Uchihashi från Nagoya University för att undersöka proteiner. Det tillämpades för första gången på studien av mikrogeler av teamet vid Daisuke Suzuki Laboratory, Graduate School of Textile Science &Technology och RISM (Research Initiative for Supra-Materials) vid Shinshu University. Studien ledd av förstaårs doktorand, Yuichiro Nishizawa, lyckades observera strukturen hos mikrogelerna som hade varit svår på grund av begränsningar hos tidigare utrustning.

Strukturen hos mikrogeler har studerats omfattande med användning av spridnings- och bildtekniker inklusive elektronmikroskopi, fluorescensmikroskopi, atomkraftsmikroskopi, och superupplösningsmikroskopi. De termokänsliga egenskaperna hos kärn-skal-strukturerna hade dokumenterats väl med användning av sådana tekniker. Använder TC HS AFM, de kunde observera och registrera partiklarna i detalj, icke-termoresponsiva inhomogena sfäriska domäner i dekananoskala, som hade antagits av Dr. Kenji Urayama från Kyoto Institute of Technology.

Nishizawa säger, "som vår forskning visade, hydrogelmikrosfärer har heterogen struktur i nästan alla fall. Dessutom, den heterogena nanostrukturen skulle ha en inverkan på de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos vattensvällda mikrogeler och skulle leda till ett gap mellan teori och resultat. Vi tror att våra resultat kan bidra till förståelsen av dessa luckor."

Shinshu University-teamet studerade först mikrogelerna som syntetiserades genom utfällningspolymerisation. Denna gel har en kärna-skalstruktur, såväl som icke-termokänsliga sfäriska domäner. Med användning av omvänd miniemulsionspolymerisationsteknik, de kunde producera ytterligare två typer av mikrogeler som tidigare ansågs vara likadana, men som observerades bete sig annorlunda.

Mikrogeler tillverkade genom omvänd miniemulsionspolymerisation under VPTT producerade en gel som inte hade den icke-termoresponsiva domänen, den hade inte heller den klassiska kärnan-skalstrukturen – den var enhetligt homogen. En tredje metod, med användning av den omvända miniemulsionspolymerisationen ovanför VPTT producerade en inhomogeon gel utan kärna-skalstruktur, men med nano- till submikronstora icke-termoresponsiva domäner. Shinshu-teamet kunde visa att produktionsmetoden i hög grad påverkar skillnaderna i strukturen och därför beteendet hos de tre typerna av mikrogeler.

Denna studie ger insikt i alla termoresponsiva mikrogeler och kanske andra stimuli-responsiva kolloider. Vetskapen om att produktionsmetoden har en stark effekt på strukturen kommer att hjälpa till att utveckla verkliga tillämpningar som mikrogelglas/kristall och andra medicinska material. Shinshu-teamet hoppas kunna fortsätta studien av hydrogelmikrosfärer. Nishizawa säger, "i sista hand, vi vill utveckla nya typer av mikrosfärer som förbättrar människors levnadsstandard."