L'Université de Newcastle et l'UNSW Sydney utilisent des techniques avancées de diffusion des neutrons à l'ANSTO pour mener des recherches sur la structure des polymères dans des environnements salins complexes qui fourniront finalement un moyen de prédire leur comportement pour des applications réelles.

Le sujet de la recherche est les brosses en polymère, des matrices densément emballées de chaînes polymères attachées à des surfaces planes pour une utilisation dans des produits de nettoyage respectueux de l'environnement, assainissement de l'environnement, traitement des minéraux, biotechnologie, capteurs, l'administration de médicaments, et membranes.

Le comportement de bon nombre de ces applications est déterminé en grande partie par l'interface entre le polymère et le substrat de surface et la nanostructure de la brosse.

Un programme de recherche pluriannuel intégré, dirigé par le professeur Grant Webber et le professeur Erica Wanless à l'Université de Newcastle, A/Prof Stuart Prescott à UNSW, et le Dr Andrew Nelson de l'ANSTO, examine et caractérise pleinement le comportement alambiqué et les propriétés des brosses en polymère dans des environnements complexes ; électrolytes mixtes et solutions non aqueuses.

Ils s'intéressent particulièrement aux polymères sensibles aux stimuli. Par exemple, les chaînes polymères sont très « velues » à basse température mais à haute température, les brosses s'effondrent sur la surface, avec différents sels modifiant la température d'effondrement.

Les recherches passées et actuelles se sont appuyées sur la réflectométrie neutronique, en raison de sa capacité unique à caractériser l'interface à l'échelle nanométrique.

"Des expériences utilisant le réflectomètre à neutrons Platypus et Spatz ont fourni des informations in situ sur les changements structurels des molécules de polymère en temps réel, " a déclaré le scientifique des instruments, le Dr Andrew Nelson.

"Le développement d'environnements d'échantillons dédiés pour les brosses en polymère par A/Prof Prescott et un logiciel d'analyse de données par son récent doctorat Isaac Gresham, signifie que nous sommes vraiment bien préparés pour ces expériences, " dit Nelson.

Nelson a déclaré que « les réflectomètres à neutrons d'ANSTO sont bien adaptés pour étudier les réactions cinétiques rapides, et ANSTO dispose d'un logiciel de pointe pour l'acquisition et l'analyse des données."

L'équipe de recherche intégrée a publié onze articles de revues, y compris une étude récente sur les réponses des polymères au confinement en réponse à la température d'Isaac Gresham et al. dans Macromolecules et une étude connexe sur les réponses des polymères en présence d'électrolytes mixtes par Hayden Robertson et al. dans le Journal of Colloid and Interface Science.

Robertson, un doctorat candidat à l'Université de Newcastle, a récemment reçu la bourse Ezio Rizzardo Polymer de l'Académie australienne de technologie et d'ingénierie (ATSE) pour ses recherches sur l'amélioration de la compréhension des polymères sensibles aux stimuli pour créer des interfaces intelligentes avec des propriétés accordables.

"Ce qui est important dans leur comportement, c'est de savoir si les molécules ressemblant à des algues qui sont attachées à une surface s'effondrent ou se dilatent en présence de différents sels ou solvants, " a déclaré Robertson.

"Le comportement de ces brosses en polymère dans l'eau est assez bien compris, mais ce qui nous intéresse ce sont les interactions entre les polymères en présence de différents ions, un mélange d'ions ou dans différents solvants, comme le carbonate de propylène, " il ajouta.

« Dans la nature et les milieux industriels, tu n'auras jamais que de l'eau, ce sera une combinaison de beaucoup d'ions et de solvants différents. Nous essayons de comprendre la myriade d'interactions qui surviennent dans des environnements complexes."

Bien que la compréhension des effets ioniques spécifiques remonte aux travaux de Franz Hofmeister à la fin du XIXe siècle, qui a compris qu'il y avait un ordre spécifique à la capacité d'un ion à précipiter les protéines de blanc d'œuf en solution, connue sous le nom de série Hofmeister, cela n'expliquait pas le comportement de manière différente, systèmes plus complexes.

"Nous n'avons pas de théorie universelle pour prédire comment ces polymères réagiront à différents environnements chimiques. Une telle théorie prédictive est nécessaire pour passer aux applications."

Robertson et ses associés approfondiront leurs recherches avec plus d'expériences sur l'ornithorynque et le spatz et d'autres techniques, comme l'ellipsométrie. Les données expérimentales recueillies sur Platypus sont utilisées pour éclairer les modèles informatiques, visant à établir un modèle prédictif du comportement des brosses polymères dans des environnements complexes.

"Notre objectif est de mieux comprendre comment concevoir des surfaces et les interactions moléculaires qui s'y produisent, " a déclaré Prescott.

L'équipe travaille avec des partenaires de l'industrie pour utiliser ces connaissances dans le développement d'agents de nettoyage respectueux de l'environnement pour les produits ménagers/de soins personnels, et des additifs de traitement des minéraux plus économes en eau pour l'industrie minière australienne.