 Гели известны как материалы, которые присутствуют во многих повседневных продуктов, таких как шампуни, солнцезащитные средства, пищевой желатин и многие другие. Они образуются с помощью смесей, в которых большое количество жидкости (обычно воды) ограничено внутри гибкой сети полимерных цепей или коллоидных частиц. Среди различных типов гелей с различными свойствами и применениями, наногели представляют собой полимерные частицы суб-микронных размеров, которые могут переносить или включать макромолекулы в их структуру сети. Наногели имеют много привлекательных применений, в том числе в фармацевтике, в частности в создании препаратов. Новое исследование, опубликованное международной группой ученых из колледжа Куин Мэри и Института Лауэ-Лангивена предоставляет важную недостающую информацию о поведении наногелей на границах.
Наногели на основе NIPAM (N-изопропилакриламида) считаются «умными» или «переключаемыми» материалами из-за того, что они претерпевают фазовый переход при критической температуре, близкой к физиологической температуре - нормальной человеческой температуры 37° С. Это означает, что у них есть потенциал в качестве интеллектуального приема лекарственного средства, где высвобождение активного агента или лекарственного средства может быть вызвано изменением температуры. Это может быть использовано путем простого контакта, например, в системах приема препаратов через кожу человека. Разработка таких систем на основе полимеров требует лучшего понимания сложной динамической структуры таких наноматериалов. В настоящее время имеется отсутствие экспериментальных данных о том, как эти материалы на самом деле ведут себя на границах.
Нейтроны являются идеальным инструментом для исследования микроскопической структуры наногелей, помогая тем самым понять, как их свойства можно контролировать. В частности, нейтронная рефлектометрия является предпочтительным методом для изучения поверхностей и интерфейсов. Рефлектометр ФИГАРО был выбран в качестве основного экспериментального платформы для этого исследования.
Исследователи использовали наногели на основе NIPAM, синтезированные с различным процентным содержанием MBA (N, N'-метиленбисакриламида) в качестве сшивающего агента в диапазоне 10-30%, и характеризовали их при физиологической температуре человека. Подробные структурные исследования этих систем в молекулярном масштабе ранее не проводились.
Было показано, что большое изменение конформации наногелей происходит на границе раздела воздуха и воды. Были составлена трехслойная модель для описания этих систем на поверхности; первый плотно упакованный свернутый слой в контакте с воздухом, второй слой сольватированного полимера и третий слой диффузных полимерных цепей, простирающихся в объемном растворе. Исследование также дает первое экспериментальное доказательство структурных изменений наногелей как функция степени сшивки на границе воздуха и воды.
При увеличении доли сшивающего агента, включенного в наногели были получены более жесткие матрицы, и количество адсорбированных наногелей было увеличено. Неравновесность этих систем означает, отсутствие возможность применения нормального анализа поверхностного натяжения, чтобы оценить количество на границе раздела. Вместо этого измерения оптического отражения с изотопной вариацией контраста обеспечивают чувствительные средства для определения адсорбированного количества. Поскольку нейтронные взаимодействия различаются нерегулярным образом с атомными номерами (т.е. различными изотопами), методика позволяет выделить иной аспект структуры с помощью изотропного замены. Анализ измерений, записанных в различных изотопных контрастах приводит к решению сложных структур.
ФИГАРО представляет собой нейтронную рефлектометр, который оптимизирован для измерений на свободных поверхностях жидкостей. Универсальный инструмент спустя шесть лет с момента ввода в эксплуатацию уже выработал более 70 рецензируемых изданий. Он имеет конфигурацию высокой интенсивности для динамических измерений по мере того, как материалы собираются на интерфейсах, а также возможностью записи данных в широком динамическом диапазоне, необходимого для решения диффузные межфазных структур.
Представленные данные обеспечивают важную недостающую информацию о поведении частиц геля на границах Исследователи считают, что они могут привести к достижению рациональной и продуманной конструкции новых материалов для конкретного приложения. Их исследование, в сочетании с пониманием, полученным от дополнительных исследований по смежным системам в будущем, может привести к перспективам в разработке и приеме новых препаратов.
|
