Les bétaïnes sont des matériaux avec à la fois un groupe fonctionnel chargé positivement et un groupe fonctionnel chargé négativement liés par un espaceur de chaîne alkyle. Cette combinaison de groupes fonctionnels fait que les bétaïnes attirent fortement l'eau, ce qui les rend utiles pour la rétention d'eau. Les bétaïnes préviennent la déshydratation cellulaire dans les organismes et jouent également un rôle dans certaines réactions. Commercialement, les bétaïnes sont utilisées dans l'amplification de l'ADN et la synthèse chimique. Des groupes bétaïne peuvent être inclus dans les brosses en polymère, qui sont des polymères attachés à une surface. Les brosses en polymère résultantes sont intéressantes pour une utilisation dans des applications de lubrification et antisalissure car les groupes bétaïne hydratés empêchent l'adhérence d'autres matériaux. Cependant, les états d'hydratation des brosses en polymère sont encore mal connus.

Il est connu que la longueur de l'espaceur de chaîne alkyle entre les groupes fonctionnels chargés dans une bétaïne affecte son état d'hydratation. Une collaboration japonaise dirigée par l'Université de Kyushu a récemment étudié les effets de la longueur d'espacement du groupe chargé des bétaïnes dans les brosses en polymère sur leur état d'hydratation afin de fournir une image plus claire de la relation entre la structure et les propriétés de ces matériaux.

Les chercheurs ont d'abord synthétisé une série de brosses en polymère contenant des espaceurs de chaîne alkyle de différentes longueurs sur des plaquettes de silicium. Les brosses en polymère ont ensuite été caractérisées par une gamme de techniques. En particulier, la réflectivité des neutrons a été utilisée pour sonder les états d'hydratation des brosses en polymère. Les résultats de la caractérisation à la brosse polymère ont révélé que seuls certains paramètres dépendaient de la longueur de l'espaceur de chaîne alkyle. L'absorption d'eau par les brosses en polymère exposées à l'eau ou à l'air humide ne dépendait pas de la longueur de l'entretoise de chaîne.

"Nous avons constaté que les brosses en polymère gonflaient dans l'air humide et l'eau car l'hydratation des groupes bétaïne chargés entraînait la diminution de l'énergie libre interfaciale entre l'eau et les brosses, " dit Yuji Higaki, professeur adjoint à l'Institut de chimie et d'ingénierie des matériaux de l'Université de Kyushu (IMCE) / Institut international de recherche sur l'énergie neutre en carbone (WPI-I2CNER).

"Nos résultats révèlent comment la longueur de l'espaceur de groupe chargé des bétaïnes module l'interaction des brosses en polymère avec l'eau, " déclare le chef d'équipe Atsushi Takahara, professeur à l'IMCE et au WPI-I2CNER.

Les résultats de l'équipe devraient aider au développement de surfaces lubrifiantes et antisalissures utilisables en milieu marin ou dans des conditions physiologiques.

L'article "Effect of Charged Group Spacer Length on Hydration State in Zwitterionic Poly(sulfobetaine) Brushes" a été récemment publié dans Langmuir .