Christopher Lam de l'ORNL détient deux échantillons de gels polymères, qui ont des applications utiles dans la médecine et les produits de consommation. Crédit :ORNL/Geneviève Martin
Des produits comme les cosmétiques, adhésifs, et les peintures reposent sur un composant clé commun :les gels. Gels polymères, un type de gel aux propriétés uniques, ont suscité l'intérêt des chercheurs en raison de leurs utilisations potentielles dans des applications médicales.
Des études ont montré que la modification des structures des gels polymères peut affecter significativement leurs propriétés, mais on ne sait pas pourquoi. Pour savoir comment et pourquoi cela se produit, une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et du laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du ministère de l'Énergie (DOE) utilise la diffusion des neutrons pour examiner de plus près.
Les gels polymères sont constitués de chaînes polymères avec des jonctions les reliant. Lorsque les conditions thermodynamiques changent, les tailles des jonctions changent par rapport aux chaînes qui les relient. Les changements peuvent rendre les gels plus forts et développer de meilleures propriétés de réponse. Pour étudier ces relations, les chercheurs utilisent l'instrument EQ-SANS à la source de neutrons de spallation de l'ORNL, une installation utilisateur du DOE Office of Science.
"Nous essayons de comprendre le rôle de la taille des jonctions et comment les interactions des jonctions contribuent aux propriétés mécaniques du gel, " a déclaré Christophe Lam, chercheur associé postdoctoral à l'ORNL.
Les gels polymères sont utiles pour l'administration de médicaments car leurs structures s'adaptent aux changements de leur environnement. Par exemple, un gel polymère avec des propriétés de réponse à la température pourrait s'écouler facilement à température ambiante mais ensuite se raidir dans un environnement plus chaud comme le corps humain. Ces types de gels peuvent aider à garantir que lorsqu'un médicament est injecté dans le corps, il reste dans la zone sur laquelle il est censé avoir un impact.
De la même manière, les gels polymères avec des propriétés de réponse à la pression peuvent être conçus pour s'écouler facilement sous basse pression dans une seringue, mais se rigidifier ensuite lorsque le gel est éjecté et que la pression augmente.
L'environnement rhéo-SANS a permis à Christopher Lam de l'ORNL d'étudier les propriétés de réponse des gels polymères sur la ligne de lumière EQ-SANS de la source de neutrons de spallation. Crédit :ORNL/Geneviève Martin
Les neutrons sont de bonnes sondes de matériaux comme les gels polymères, en grande partie en raison de leur sensibilité à l'hydrogène et à son isotope, deutérium. En utilisant une technique unique connue sous le nom d'appariement de contraste, les chercheurs ont remplacé certains des atomes d'hydrogène du gel par du deutérium, ce qui a permis de mettre en évidence des composants structuraux spécifiques par les neutrons.
L'utilisation du nouvel environnement rhéo-SANS de l'instrument EQ-SANS a permis aux chercheurs de soumettre les gels à une contrainte de cisaillement, qui est une contrainte parallèle à la section transversale du matériau, comme deux plaques glissant l'une sur l'autre et observez les changements de structure correspondants.
En comparant comment les structures des gels à grosses jonctions et celles à petites jonctions se cisaillent et se déforment, les chercheurs peuvent commencer à comprendre comment la taille des jonctions de gel peut avoir un impact sur les propriétés du gel. En utilisant leurs découvertes, les chercheurs peuvent trouver des moyens de développer des gels polymères améliorés.
"Si nous avons une compréhension de la structure des gels, qui nous donne fondamentalement un meilleur cadre, " a déclaré Lam. "Alors nous pouvons dire 'nous avons besoin de cette propriété, cette conception chimique, et ce rapport de composants et de concentration.
"J'essaie toujours de trouver un équilibre entre ce que nous faisons fondamentalement et comment nous pouvons penser à l'appliquer à quelque chose que nous utiliserons. J'essaie d'utiliser cette compréhension fondamentale pour vraiment concevoir de meilleurs gels biomédicaux."
D'autres chercheurs sur cette expérience incluent les principaux chercheurs Bradley D. Olsen du Département de génie chimique du MIT, Wei-Ren Chen de l'ORNL, et Michelle Calabrese, chercheur postdoctoral au MIT. La recherche est soutenue par le Bureau des sciences du DOE.
