Un polymère aux propriétés modifiables et aux applications étendues a été développé chez A*STAR. Le polymère change entre les nanoparticules cœur-écorce, agglomérations auto-assemblées, et fragments dégradés, en fonction des conditions environnementales. Il peut trouver des applications dans les produits de soins personnels, agrochimiques, et la nanomédecine.

Les polymères hyperramifiés en étoile se forment lorsque des chaînes linéaires s'étendent à partir d'un noyau central réticulé. Les cavités internes de ces structures core-shell peuvent être utilisées pour encapsuler des plus petites, molécules hydrophobes. Des études indiquent que les fortes liaisons chimiques de ces matériaux empêchent la « libération en rafale » prématurée de la cargaison.

Le caractère robuste de ces polymères, cependant, crée également des risques écologiques et toxiques en fin de vie utile. Alexander Jackson de l'Institute of Chemical and Engineering Sciences (ICES) de l'A*STAR et ses collègues ont maintenant synthétisé des polymères hyperramifiés en étoile qui peuvent à la fois encapsuler des molécules médicamenteuses, puis se biodégradent en composants plus petits.

Jackson explique que les chimistes ont développé plusieurs outils pour synthétiser des polymères dégradables, dont l'un implique des molécules cycliques connues sous le nom d'acétals de cétène. Ces composés peuvent être ouverts et liés en polyesters en utilisant la chimie des radicaux libres. Contrairement à la polymérisation radicalaire conventionnelle, cette approche introduit des liaisons carbone-oxygène dans la chaîne polymère qui facilitent les réactions de dégradation.

"Les polymérisations radicalaires par ouverture de cycle des acétals de cétène cycliques sont connues depuis environ 30 ans, " dit Jackson. " L'aspect vraiment passionnant de cette recherche était de prendre cette chimie et de la combiner avec des techniques modernes utilisant des chaînes polymères 'vivantes'. "

Les polymérisations vivantes sont ainsi appelées car elles continueront à se développer vers l'extérieur lors de l'ajout de différents blocs de construction. Cela donne aux chimistes un contrôle précis sur la longueur et la composition des chaînes, des caractéristiques essentielles qui sont nécessaires pour les dispositifs d'administration avancés.

Initialement, les chercheurs ont utilisé la polymérisation radicalaire vivante pour préparer des structures à base de méthacrylate. Des expériences ont montré que ces matériaux pouvaient gonfler et se contracter de manière réversible avec les changements de pH et également basculer entre des particules individuelles et des agrégats nanométriques plus grands en modifiant simplement la température de la solution. Ces déclencheurs ont été utilisés pour la libération contrôlée de cargaisons hydrophobes.

Prochain, l'équipe basée à A*STAR a optimisé les conditions nécessaires pour effectuer l'ouverture de cycle des acétals de cétène cycliques simultanément pendant la polymérisation du méthacrylate vivant. Cela a créé un analogue dégradable de la structure initiale sensible aux stimuli.

"Nous utiliserons cette approche pour développer encore plus de ces types de polymères, y compris le polystyrène dégradable et autres acrylates, " dit Jackson. " Cela évitera l'accumulation indésirable de ces matériaux après qu'ils aient livré leur cargaison. "

Actuellement, les scientifiques de l'ICES aident les fabricants à élargir les possibilités des matériaux polymères recyclables avec l'aide de deux projets de fonds d'alignement de l'industrie qui se concentrent sur l'ingénierie des réactions et les technologies d'encapsulation.