中子可以分析聚合物凝胶的不寻常属性

化妆品，粘合剂和涂料等产品依赖于一个共同的关键组成部分：凝胶。聚合物凝胶是一种具有独特性质的凝胶类型，因其在医学应用中的潜在用途而引起了研究人员的兴趣。

研究表明，改变聚合物凝胶的结构可以显着影响它们的性质，但目前还不清楚为什么。为了了解这种情况发生的原因和原因，麻省理工学院(MIT)和能源部(DOE)橡树岭国家实验室(ORNL)的一组研究人员正在使用中子散射来深入研究。

聚合物凝胶由聚合物链组成，连接它们的连接点。随着热力学条件的改变，连接处的尺寸相对于连接它们的链条而变化。这些变化可以使凝胶变得更强，并产生更好的反应特性。为了研究这些关系，研究人员正在ORNL的散裂中子源 - 美国能源部科学用户设施办公室使用EQ-SANS仪器。

“我们正在努力了解结合大小的作用以及结合相互作用如何影响凝胶的机械性能，”ORNL的博士后研究员Christopher Lam说。

聚合物凝胶可用于药物递送，因为它们的结构适应其环境的变化。例如，具有温度响应特性的聚合物凝胶可以在室温下容易地流动，但随后在诸如人体的较温暖环境中变硬。这些类型的凝胶可以帮助确保当药物注入体内时，它会停留在它要撞击的区域。

类似地，具有压力响应特性的聚合物凝胶可以设计成在注射器中在低压下容易地流动，但随着凝胶喷射并且压力增加而变硬。

中子是聚合物凝胶等材料的良好探针，主要是因为它们对氢及其同位素氘的敏感性。研究人员使用一种称为对比匹配的独特技术，用氘代替了凝胶中的一些氢原子，这使得特定的结构成分被中子突出。

使用EQ-SANS仪器的新型rheo-SANS环境使研究人员能够使凝胶受到剪切应力 - 剪切应力是平行于材料横截面的应力，就像两块板相互滑过 - 并观察结构的相应变化。

通过比较具有大结点的凝胶结构和具有小结的结构的结构如何剪切和变形，研究人员可以开始了解凝胶连接的尺寸如何影响凝胶特性。利用他们的发现，研究人员可以找到开发改进的聚合物凝胶的方法。

“如果我们了解凝胶的结构，那基本上会给我们一个更好的框架，”林说。“那么我们可以说'我们需要这种特性，这种化学设计，以及这种成分和浓度的比例'。”

“我总是试图在我们从根本上做多少以及如何将其应用到我们将要使用的东西之间找到平衡点。我正在尝试利用这种基本理解来真正设计出更好的生物医学凝胶。”

该实验的其他研究人员包括麻省理工学院化学工程系的首席研究员Bradley D. Olsen，ORNL的Wei-Ren Chen和麻省理工学院博士后研究员Michelle Calabrese。该研究得到美国能源部科学办公室的支持。

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