Найден способ создания «умных» полимеров под действием солнечного света

Ученым Томского политехнического университета первым удалось провести процесс получения некоторых полимеров при комнатной температуре под действием света, хотя обычно этот процесс протекает при высоких температурах. В качестве спускового крючка для нового типа реакций они использовали поверхностный плазмон-поляритон. Новую концепцию полимеризации исследователи уже опробовали в лаборатории на примере синтеза «умных» или функциональных полимеров. Результаты исследования опубликованы в Journal of Material Chemistry A.

Традиционно синтез полимеров протекает при температурах около 150 °С. С одной стороны, это влечет за собой энергетические затраты, с другой — далеко не все полимеры с интересными свойствами и нужного качества можно получать при таких условиях. Для преодоления этих вызовов авторы статьи решили использовать частицу плазмон-поляритон. Он возникает вблизи поверхности твердых тел из-за колебаний электронов, преобразует световую энергию и благодаря этому свойству запускает полимеризацию.

«Эти частицы позволяют делать то, что раньше было просто невозможно. В данном случае — проводить реакции при комнатной температуре под действием света — лазера или просто солнечного света. В опубликованной статье мы первыми продемонстрировали такую возможность проведения контролируемой полимеризации типа NMP (nitroxide-mediated polymerization). Однако точный механизм действия плазмон-поляритонов пока не известен. Это следующий вызов и для нашего научного коллектива, и для других ученых», — отмечает Павел Постников.

В своих исследованиях ученые синтезировали полимеры на поверхности тонких золотых пластинок — их максимальная толщина 20 нанометров. Поверхность пластинок имеет волнообразную структуру. Благодаря этой структуре пластинка эффективно возбуждает плазмон-поляритон. В качестве катализатора исследователи «подсадили» на пластинку молекулы алкоксиамина, а в качестве строительного материала использовали мономер NIPAM (N-изопропилакриламид). Затем на эту пластинку направляли лазер или использовали естественный солнечный свет — эксперименты проводились на открытом воздухе в солнечный день. Под действием света из мономера синтезировалась целая цепочка полимера поли-NIPAM (PNIPAM). А после на этой цепочке из мономера вырастили второй полимер — pVBA (полимер на основе 4-винилбензолбороновой кислоты).

Оба эти полимера относятся к классу функциональных, то есть они обладают определенными свойствами, которые человек может задавать и использовать. Так, PNIPAM при температуре выше 32 градусов становится нерастворимым в воде. Ученые используют это свойство, например, при создании форм для создания искусственных сосудистых сетей. Эти формы легко удалить, просто охладив PNIPAM.

«Интересно, что под действием солнечного света синтез проходил ничуть не хуже, чем под воздействием лазера, — говорит Павел Постников. — При этом полученная конструкция из золотой пластинки и функционального полимера на ее поверхности сама может быть очень чувствительным сенсором. В статье приведены результаты экспериментов, в которых с помощью такого сенсора мы улавливали из модельных растворов различные биологические маркеры. Сенсор получился очень чувствительным, он улавливал нужное вещество буквально в следовом количестве».

По его словам, сейчас ученые представили результаты в масштабах лаборатории. Но в отдаленной перспективе открытые процессы могут сделать производство полимеров более энергоэффективным, помочь ученым создать новые полимеры с полезными свойствами и суперчувствительные сенсоры для биологических исследований.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.