En forskargrupp från Florida State University har utvecklat metoder för att manipulera polymerer på ett sätt som förändrar deras grundläggande struktur, banar väg för potentiella tillämpningar inom lastleverans och lossning, återvinningsbart material, formskiftande mjuka robotar, antimikrobiella medel och mer.

"Vi får en polymer att helt förändra sin arkitektur genom ett kemiskt svar, " sa FSU biträdande professor i kemi Justin Kennemur. "I naturen händer detta också. Tänk på hur en larv blir en fjäril. Det cellulära maskineriet förändrar designen av naturliga biopolymerer och därmed deras egenskaper. Det är vad vi gör med syntetiska polymerer."

Forskningen publiceras i Journal of the American Chemical Society .

Polymerer är material gjorda av stora molekylkedjor som består av kemiskt likartade repeterande enheter. De berör nästan alla delar av vardagen och inkluderar material som plast, gummin och geler och naturliga biologiska strukturer som DNA och proteiner.

I den stora bilden, Kennemur arbetar för att utveckla högpresterande polymerer med superelastiska och supermjuka egenskaper som skulle kunna användas som led- eller broskersättningar. Att göra det, han och hans team undersöker gränserna för hur befintliga polymerer svarar på stimuli och kan omorganiseras för bättre prestanda.

Polymerer som spontant "packar upp" eller försämras som svar på en extern stimulans har fått dragkraft från forskare för deras potentiella användning i en mängd olika tillämpningar. Dock, denna spontana försämring – kallad depolymerisation – gör dem ofta svåra att montera i första hand.

Kennemur förfinade en process för att både skapa polymeren och få den att brytas ned, helt förändra sin struktur.

Kennemur och hans team utvecklade en termodynamisk strategi där de syntetiserar makromolekylerna vid en lägre temperatur - cirka -15 till 0 grader Celsius - och sedan stabiliserar polymeren innan den värms upp. Vid varmare temperaturer, materialen kan depolymeriseras med en utlösande händelse – införandet av en katalytisk mängd av grundämnet rutenium – vilket orsakar en upplåsning av polymeren.

"Vi har verkligen investerat i att utnyttja grundläggande termodynamiska principer inom polymervetenskap, och vi använder detta för att omvandla molekylerna till en mängd olika möjliga former och kemier, " sa Kennemur. "Det är ett sätt att återvinna dessa material, men det är också ett sätt att få dem att svara och ändra sin arkitektur. Det finns många roliga möjligheter med det här."