Ученые создали новый самоорганизующийся полимерный материал, меняющий структуру при помещении в соляной раствор

Смарт-материалы, способные изменять свою структуру в ответ на контролируемое воздействие, используются в различных областях от медицины до нефтяной промышленности. Недавно ученые из  A*STAR создали самоорганизующийся полимерный материал, который изменяет свою структуру при перемещении его из воды в раствор электролита, например, в соленую воду. Материал может помочь улучшить покрытия, используемые для защиты поверхностей от нароста вредных микроорганизмов, в частности поверхностей под водой  (dx.doi.org/10.1039/c4py01113a).

Материалы, состоящие из сегментов двух различных мономеров с различными характеристиками, известны как блок-сополимеры. Вивек Васанта из Института химических и инженерных наук A*STAR вместе с коллегами из Сингапура в рамках программы по Инновационным решениям в области противообрастающих покрытий для морских судов разработали новый блок-сополимер, который может самостоятельно собираться в сферические мицеллярные структуры, в которых один мономер образует ядро, а другой — внешнюю оболочку. В качестве мономеров были использованы гидрофильный полиэтиленгликоль, которые хорошо смешивается с водой, и галофильный полисульфобетаин, смешивающийся с солевым раствором.

По словам ученых, полученный блок-сополимер способен самособираться в воде с образованием или обычных, или обратных мицелл. Обычные мицеллы образуются в деионизированной воде и имеют ядро из галофильного компонента с гидрофильной оболочкой. В то же время, при погружении вещества в раствор соли мицеллы собираются снова, однако теперь в качестве ядра — гидрофильный компонент, а оболочка формируется из галофильного, т.е. образуются обратные мицеллы.

Материал является довольно уникальным, поскольку легко контролируется одним фактором — присутствием соли, и нет необходимости контролировать другие факторы, такие как рН, температура или свет, чего требуют некоторые другие смарт-материалы. Блок-сополимер достаточно устойчив к колебаниям рН и температуры, а это значит, что он потенциально полезен в динамических морских условиях.

Исследователи смешали блок-сополимер с грунтовкой, чтобы создать нетоксичное покрытие для замены традиционных антиобрастающих составов. Нынешние покрытия для предотвращения загрязнения морскими организмами содержат токсичные химические вещества, и становятся неэффективными спустя некоторое время, потому что добавки в покрытиях быстро распадаются в морской воде.

Команда ученых наносила новое покрытие на стекла, которые затем погружались в морскую воду на две недели. На протяжении всей серии «морских испытаний», самоорганизующиеся мицеллы сохраняли поверхность с покрытием нетронутым. Покрытие продемонстрировало антиобрастающие свойства, предотвратив заселение поверхности микроорганизмами.

Исследователи предполагают, что их смарт-материал будет полезен и в других областях, в частности в нефтедобывающей промышленности и биомедицине.