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O mundo moderno está repleto de polímeros sintéticos, moléculas de cadeia longa projetadas por cientistas para atender a todos os tipos de aplicações.
Pesquisadores da Faculdade de Engenharia FAMU-FSU desenvolveram dois polímeros intimamente relacionados que respondem de maneira diferente a limites de temperatura altos e baixos, apesar de seu design semelhante. O par de polímeros pode ser usado em aplicações em medicina, síntese de proteínas, revestimentos protetores e outros campos. Seu trabalho é publicado em Macro moléculas.
“Normalmente, para ter um comportamento térmico, temos que preparar um polímero para essa aplicação específica, e se quisermos ter outro extremo de comportamento do polímero, então temos que preparar um polímero completamente diferente”, disse o co-autor Hoyong Chung, professor associado da Faculdade de Engenharia FAMU-FSU. “Mas agora, com esse trabalho, temos um único tipo de polímero que pode ser rapidamente adaptado com o mínimo de interferência para ambos os trabalhos”.
O polímero dos pesquisadores é feito com sulfóxido, composto feito de moléculas de enxofre, oxigênio e carbono. Uma versão contém um ingrediente extra, um par de átomos de hidrogênio conhecido como grupo metileno. Esta pequena variação estrutural é suficiente para que cada polímero responda de forma diferente às variações de temperatura.
Cada mistura tem temperaturas críticas acima ou abaixo das quais os componentes se dissolverão completamente numa solução, independentemente da concentração dos vários componentes na mistura.
Uma versão do polímero dos investigadores é solúvel em água a baixas temperaturas, mas torna-se insolúvel a temperaturas mais elevadas. A outra versão exibe o comportamento oposto. É insolúvel em temperaturas mais baixas, mas se dissolve quando as temperaturas sobem acima de um ponto crítico.
“Este comportamento contrastante, que apareceu com apenas uma pequena alteração, foi uma descoberta surpreendente”, disse o pesquisador de pós-doutorado Biswajit Saha, principal autor do artigo. “É um caminho emocionante para pesquisas futuras.”
Juntamente com o desenvolvimento deste novo polímero com temperatura controlável, a equipe de pesquisa fez outras descobertas:
Um novo mecanismo que governa um limite crítico de temperatura: Pesquisas anteriores mostraram que as ligações dos átomos de hidrogênio determinavam a temperatura acima da qual os polímeros sensíveis à temperatura se dissolviam em uma solução, o chamado limite superior de solução crítica. Mas o grupo de Chung descobriu que a atração entre pólos carregados positiva e negativamente de diferentes moléculas – um processo conhecido como interação dipolo-dipolo – também previu a temperatura na qual o seu polímero se misturaria na água. Notavelmente, seu grupo comprovou experimentalmente a presença dessa interação como força motriz do comportamento térmico.
Comportamento térmico de dois estágios: A maioria das soluções passa por uma mudança monofásica quando ultrapassa o limite de temperatura. Mas o polímero desenvolvido pela equipe de Chung passa por mudanças de fase em dois estágios. Esse recurso pode abrir novas aplicações potenciais na medicina, como uma única cápsula de medicamento que se dissolve no calor do estômago do paciente em dois estágios, permitindo a administração precisa do medicamento.
“Tivemos a sorte de ter esses vários insights com um único design”, disse Chung. “Um único polímero que pode ser ‘programado’ para atingir diferentes comportamentos significa que esta molécula pode ser facilmente adaptada a diferentes aplicações.”
Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation.
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