Gelliknande material har ett brett användningsområde, speciellt inom kemi och medicin. Dock, deras användbarhet begränsas ibland av deras inneboende slumpmässiga och oordnade natur. Forskare från University of Tokyos Institute for Solid State Physics har hittat ett sätt att producera en ny typ av gel som övervinner denna begränsning. Den är fortfarande formbar och anpassningsbar som befintliga geler, men den har en mer ordnad struktur, vilket kan öppna upp ett nytt utbud av möjliga användningsområden inom olika områden.

När du hör ordet "gel, "du frammanar förmodligen bilden av något trögflytande, som vissa kosmetikaämnen eller insidan av en memory-skummadrass. Men i en värld av vetenskaplig forskning, geler har en mer specifik definition. Strängt talat, geler är tredimensionella nätverk av polymerer - kedjor av molekyler - med mikroskopiska porer mellan de kemiska strängarna. Naturen och arrangemanget av dessa polymerer ger geler olika funktioner med vanliga applikationer, såsom kemisk filtrering eller läkemedelstillförsel.

Skapandet av polymernätverksgeler är svårt att kontrollera, så de är väldigt oordnade och innehåller många strukturella inkonsekvenser eller defekter. De sägs vara heterogena, vilket innebär att deras former varierar kraftigt genom hela strukturen. Dock, Forskningsassistent Xiang Li och kollegor har hittat ett nytt sätt att upprätthålla en hög ordningsnivå när de tillverkar polymergeler. Resultatet är en homogen gel som är mer konsekvent genom hela sin struktur samtidigt som den ger fördelarna med ett mycket poröst och formbart material.

"Vi visade att det faktiskt är ganska lätt att syntetisera ett extremt homogent gelnätverk, " sa Li. "Först, vi packade ihop några stjärnformade polymerer tätt i ett lösningsmedel och tillsatte några kemikalier som när den är aktiverad, sammanfoga dessa stjärnpolymerer. Vi aktiverade sammanfognings- eller tvärbindningskemikalierna på ett kontrollerat sätt; detta ledde i sin tur till ett mer ordnat polymergelnätverk än vad man vanligtvis kan förvänta sig av den här typen av process."

Tillverkningsprocessen, baserat på ett koncept som kallas bond percolation, är mycket effektivt för att producera ordnade gelnätverk – så mycket att forskare känner att det tvingar dem att omdefiniera vad som faktiskt utgör en gel. Tidigare antogs en gel innehålla störningar och defekter, dessa är dock inte längre nyckelegenskaper. Men allt detta arbete är inte bara för att göra något nytt; det har ett starkt syfte och det kan leda till några intressanta framsteg.

"Beställda men ändå flexibla gelnätverk kan användas i applikationer som högpresterande kemiska filter, flexibla sensorer, mekaniska ställdon, kontrollerad läkemedelsfrisättning och till och med ultraklara optiska fibrer, " förklarade Li. "Vi vill uppmuntra andra att bygga vidare på vårt arbete här och hitta andra sätt att syntetisera nya polymergeler baserat på det vi har påbörjat. Även om vår metod var mycket specifik, det lägger grunden för en mer allmän experimentell plattform."

Studien redovisas i Vetenskapens framsteg .