La structure des gels polymères réticulés est très similaire à celle des tissus mous, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles la compréhension de ce matériau est si critique, selon Kelly Schultz, professeur assistant au Département de génie chimique et biomoléculaire de l'Université Lehigh.

Schultz a participé à une session spéciale de la réunion annuelle de l'American Institute of Chemical Engineering (AIChE) à Pittsburgh le mois dernier, où elle a été invitée à présenter les travaux de son laboratoire déterminant comment l'augmentation des concentrations de polymères en solution modifie la structure des gels réticulés. Le titre de la session était « AIChE Journal Futures :New Directions in Chemical Engineering Research ».

L'exposé de Schultz était basé sur un article qu'elle avait rédigé sur invitation au premier « Questions d'avenir » de l'AIChE, conçu pour mettre en lumière le travail des chercheurs en début de carrière. Le papier, co-écrit par son ancien doctorat. étudiant, Matthieu Wehrmann, et quatre étudiants de premier cycle de Lehigh, est appelé « Propriétés rhéologiques et structure des gels de croissance en étapes et en chaîne concentrés au-dessus de la concentration de chevauchement ».

« L'augmentation de la concentration des polymères leur permet d'interagir, " dit Schultz. "Ces interactions peuvent modifier la structure du matériau et même potentiellement l'affaiblir."

A travers des expérimentations, elle et son équipe ont découvert que la structure des gels polymères réticulés est indépendante de la concentration, jusqu'à ce qu'une limite soit atteinte, appelée concentration de chevauchement, c'est-à-dire lorsque les polymères commencent à interagir. Après cette limite, la structure est à nouveau indépendante de la concentration.

La découverte centrale du groupe est que plus de polymères ne signifie pas nécessairement que le gel sera plus élastique ou plus rigide.

"C'était inattendu, " dit Schultz. " Nous pensions qu'il y aurait un changement progressif dans la structure de l'échafaudage, mais à la place, il y a un changement progressif lorsque ces interactions deviennent suffisamment élevées. "

L'identification de cette caractéristique pourrait être particulièrement importante pour les applications industrielles, car les travaux de l'équipe montrent que ces structures de gel polymère réticulé peuvent être obtenues avec une plus petite quantité de polymère.

"En d'autres termes, " dit Schultz, "vous pouvez obtenir le résultat que vous voulez avec le moins de matériel possible."

Le travail de Schultz à ce sujet est nouveau en raison de la façon dont son équipe a examiné les échafaudages à des concentrations élevées de polymères ou avec des interactions polymères. La plupart des études, elle dit, rester sous la concentration de chevauchement afin que les interactions polymères ne compliquent pas la gélification.

"Avec ce travail, les ingénieurs chimistes peuvent commencer à comprendre comment les interactions polymères modifient la structure du gel et comment ces structures sont accessibles à des concentrations de polymère relativement faibles, " dit Schultz.

L'équipe a utilisé une technique appelée microrhéologie de suivi de particules multiples (MPT) pour mesurer la gélification de ces échafaudages d'hydrogel polymère. Cette technique utilise la microscopie vidéo pour capturer le mouvement thermique des particules de sonde incorporées. À partir du mouvement thermique, ils peuvent déterminer les propriétés des matériaux. En utilisant MPT en combinaison avec une technique d'analyse, superposition de temps de cure, ils ont pu déterminer le temps de gélification et la structure du matériau au point de gel, c'est à ce moment-là que le premier échantillon couvrant le cluster de réseau se forme.