Разветвленные полимеры, полимеры, которые выглядят как крошечные ветки деревьев, имеют значительный потенциал для фильтрации воды, биомедицины, наноэлектроники и других приложений. Теперь исследователи придумали лучший способ эффективного создания этих уникальных структур.

Исследование, проведенное лабораторией Mingjiang Zhong, доцента кафедры химической и экологической инженерии и химии, теперь опубликовано в Chem.

Полимеры, которые состоят из повторяющихся звеньев небольших молекул, образующих более крупную молекулу, имеют различную структуру. Чжун занимается разработкой полимеров с ответвлениями или боковыми цепями, которые несут свои ответвления. Полимерная структура с более высокой степенью разветвления означает, что она имеет большую плотность функциональности, не занимая больше места.

Несколько лет назад Чжун разработал процесс изготовления этих структур, также известных как дендритные полимеры. Однако их потенциал был ограничен мелкомасштабным и умеренно эффективным процессом их синтеза. Теперь, благодаря сочетанию механических экспериментов и компьютерного моделирования , его лаборатория может проводить их более эффективно и с большим контролем. С помощью этого процесса они могут быть разработаны в отраслевой среде. Это необходимый шаг к тому, чтобы вывести эти полимеры за пределы фундаментальных исследований и использовать их в практических целях.

«Мы хотим синтезировать хорошо контролируемые разветвленные полимеры, потому что мы хотим имитировать некоторые биосистемы, которые имеют очень точную структуру», — сказал Мэнсюэ Цао, аспирант лаборатории Чжун и ведущий автор исследования. «Наш метод может гарантировать контролируемую длину полимера и количество ответвлений».

Большая часть успеха работы связана с оптимизацией метода преобразования мономеров, небольших молекул , из которых состоят полимеры. Цао сказал, что теперь они могут конвертировать мономеры в три раза эффективнее.

В дополнение к проведению лабораторных экспериментов исследователи разработали кинетическое моделирование, в котором они учитывали предложенные данные, чтобы увидеть, «как мы можем сделать молекулу более контролируемой и как мы можем потенциально снизить концентрацию катализатора».

Цао сказал, что благодаря разработанному масштабируемому процессу лаборатория теперь ищет применение этим уникальным материалам, возможно, начиная с фильтрации воды.

«У нас уже есть большая библиотека мономеров, которые мы хотим полимеризовать, а это значит, что мы можем создавать различные функциональные материалы с разветвленной структурой, поэтому следующим шагом может стать практическое применение этих вещей», — сказала она.