Des chercheurs créent des polymères aux comportements thermiques opposés

Dans un monde moderne dominé par les polymères synthétiques, des chercheurs ont mis au point une paire de polymères aux propriétés thermiques surprenantes, ouvrant la voie à de nouvelles applications dans divers domaines.

Des chercheurs de la FAMU-FSU College of Engineering ont développé deux polymères étroitement liés qui réagissent différemment aux seuils de température élevée et basse, malgré leur conception similaire. Ces polymères pourraient être utilisés dans des applications en médecine, synthèse des protéines, revêtements protecteurs et autres domaines.

« Habituellement, pour obtenir un comportement thermique spécifique, nous devons préparer un polymère pour cette application particulière, et si nous voulons un autre extrême de comportement polymère, nous devons préparer un polymère complètement différent », a expliqué le coauteur Hoyong Chung, professeur associé à la FAMU-FSU College of Engineering. « Mais maintenant, grâce à ce travail, nous avons un seul type de polymère qui peut être rapidement adapté avec une interférence minimale pour les deux tâches. »

Une variation structurelle mineure, des propriétés différentes

Le polymère des chercheurs est fabriqué avec du sulfoxyde, un composé constitué de molécules de soufre, d’oxygène et de carbone. Une version contient un ingrédient supplémentaire, une paire d’atomes d’hydrogène appelée groupe méthylène. Cette petite variation structurelle suffit pour que chaque polymère réagisse différemment aux variations de température.

Chaque mélange a des températures critiques au-dessus ou en dessous desquelles les composants se dissolvent complètement dans une solution, quelle que soit la concentration des différents composants dans le mélange.

Une version du polymère des chercheurs est soluble dans l’eau à basse température, mais devient insoluble à des températures plus élevées. L’autre version présente le comportement opposé. Elle est insoluble à basse température, mais se dissout lorsque la température dépasse un point critique.

« Ce comportement contrasté, qui est apparu avec un seul changement mineur, a été une découverte surprenante », a déclaré le chercheur postdoctoral Biswajit Saha, premier auteur de l’article. « C’est une voie passionnante pour la recherche future. »

Autres découvertes et applications potentielles

En plus de la mise au point de ce nouveau polymère à contrôle thermique, l’équipe de recherche a fait d’autres découvertes :

• Un nouveau mécanisme régissant un seuil de température critique : des recherches antérieures ont montré que les liaisons entre atomes d’hydrogène déterminaient la température à laquelle les polymères sensibles à la température se dissolvaient dans une solution, appelée seuil de solution critique supérieur. Cependant, le groupe de Chung a découvert que l’attraction entre les pôles positifs et négatifs de différentes molécules, un processus appelé interaction dipôle-dipôle, prédisait également la température à laquelle leur polymère se mélangeait à l’eau. Son groupe a prouvé expérimentalement la présence de cette interaction en tant que force motrice du comportement thermique.

• Comportement thermique en deux étapes : la plupart des solutions subissent un changement de phase unique lorsqu’elles franchissent leur seuil de température. Cependant, le polymère développé par l’équipe de Chung traverse des changements de phase en deux étapes. Cette caractéristique pourrait ouvrir de nouvelles applications potentielles en médecine, comme une capsule de médicament unique qui se dissout en deux étapes dans la chaleur de l’estomac d’un patient, permettant une administration précise du médicament.

En synthèse

Les chercheurs de la FAMU-FSU College of Engineering ont développé une paire de polymères aux propriétés thermiques surprenantes grâce à une variation structurelle mineure. Ces polymères pourraient être utilisés dans divers domaines, tels que la médecine, la synthèse des protéines et les revêtements protecteurs.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un polymère ?

Un polymère est une molécule de grande taille composée de nombreuses unités répétitives liées entre elles. Les polymères peuvent être naturels ou synthétiques et sont utilisés dans de nombreux domaines, tels que les plastiques, les textiles et les revêtements.

Comment les chercheurs ont-ils modifié les propriétés thermiques des polymères ?

Les chercheurs ont ajouté un groupe méthylène, une paire d’atomes d’hydrogène, à l’un des polymères. Cette petite variation structurelle a suffi pour que chaque polymère réagisse différemment aux variations de température.

Quelles sont les applications potentielles de ces polymères ?

Les polymères pourraient être utilisés dans des applications en médecine, synthèse des protéines, revêtements protecteurs et autres domaines. Par exemple, ils pourraient être utilisés pour créer des capsules de médicaments qui se dissolvent en deux étapes à des températures spécifiques.

Qu’est-ce que l’interaction dipôle-dipôle ?

L’interaction dipôle-dipôle est un processus par lequel les pôles positifs et négatifs de différentes molécules s’attirent mutuellement. Cette interaction a été identifiée comme une force motrice du comportement thermique des polymères développés par l’équipe de Chung, en plus des liaisons entre atomes d’hydrogène précédemment identifiées.

Qu’est-ce qui rend ces polymères uniques par rapport aux polymères traditionnels ?

Ces polymères sont uniques en raison de leur capacité à présenter des comportements thermiques opposés en fonction de leur composition légèrement modifiée. Cette caractéristique permet d’adapter rapidement un seul type de polymère à différentes applications avec une interférence minimale, ce qui n’était pas possible avec les polymères traditionnels.

Légende illustration principale : De gauche à droite, Biswajit Saha, chercheur postdoctoral, et Hoyong Chung, professeur associé au collège d’ingénierie de la FAMU-FSU, dans le laboratoire de chimie Dittmer de l’université d’État de Floride.

Leurs travaux sont publiés dans Macromolecules. Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation.