Ett tvärvetenskapligt team av forskare har utvecklat ett kraftfullt matematiskt modelleringsverktyg som gör det möjligt för forskare att förutsäga egenskaperna hos polymernätverk innan de ens skapas.

Polymernätverk är uppbyggda av långa kedjor av molekyler, som ett pärlband eller spagetti. Denna nya modell förutsäger sambanden mellan de spagettiliknande trådarna.

I studien, publiceras i Naturmaterial , forskarna från Ghent University (UGent), QUT och Stanford University, utvecklat metoden för att förutsäga polymeregenskaper.

Professor Dagmar R. D'hooge, från UGent, Belgien, nämnda polymernätverk hade många applikationer inklusive gummi, beläggningar, lim, och kosmetika.

"För första gången, detta är ett förutsägande verktyg för materialegenskaper hos nätverk – från den minsta byggstenen i molekylen till hur hårt materialet är, är det slagtåligt eller är det bara en mjuk klump, " sa professor D'hooge.

Dr. De Keer, från UGent, sa att verktyget som beskrivs i forskningen var ett hjälpmedel vid utformningen av nya supermolekylära polymerer inom områden som läkemedelsleverans, gentransfektion och biomedicinska tillämpningar.

Tillsammans med professor Dagmar R. D'hooge och Dr. De Keer, UGent-forskare som är involverade i studien inkluderar professor Paul Van Steenberge, Professor Marie-Françoise Reyniers, Professor Lode Daelemans och professor Karen De Clerck.

Professor Christopher Barner-Kowollik, från QUT:s centrum för materialvetenskap, sa forskarna utvecklade modellen med hjälp av avancerad matematik och molekylära simuleringar, sammanföra forskare från beräkningsmodellering, syntetisk kemi och materialvetenskap.

"Den senaste kemiutvecklingen har inkluderat okonventionella egenskaper som självläkning, ledningsförmåga och stimuli-känslighet i polymernätverk, ger dem en stor potential i avancerade tillämpningar som återvinning, drogleverans, vävnadstekniska ställningar, gaslagring, katalys och elektroniskt material, " sa professor Barner-Kowollik.

"Det är en enorm uppgift att karakterisera polymernätverk - det är verkligen svårt.

"Här tar vi ett rejält steg framåt genom att kombinera expertis från teoretisk modellering till experimentella kemister som ger exempel på vilka modellen kan testas."

Professor Barner-Kowollik sa att den ultimata drömmen för experimentella kemister är att ha ett datorprogram som tar det okända ur experiment.

"Tänk om du kunde ha en superdator som även innan du gick till labbet, skulle kunna säga vad det troliga resultatet skulle bli, " han sa.

"Det här är ett steg mot det."

Tillsammans med professor Barner-Kowollik, Forskare som är involverade i studien inkluderar QUT:s Dr Hendrick Frisch och Daniel Kodura.

Professor Reinhold Dauskardt vid Stanford University sa att han var "superexalterad" över arbetet.

"Det representerar en turn-de-force av grundläggande materialkemi och visar vad som kan uppnås från ett internationellt team med olika bakgrunder."

Professor Dauskardt sa att arbetet "visar hur molekylära byggstenar kan sättas ihop både temporärt och rumsligt för att skapa korrekta materialstrukturer inklusive defekter och resulterande struktur-egenskapsrelationer".

"Denna kombination av både kinetik och molekylär rumslig sammansättning har inte uppnåtts tidigare, " sa professor Dauskardt.