Nieuwe klasse organische nanodeeltjes biedt perspectief voor uiteenlopende toepassingen

Nanodeeltjes hebben een breed scala aan toepassingen, van medicijnafgifte tot elektronica tot luchtzuivering. Hun kleine formaat en instelbare eigenschappen maken ze bijzonder waardevol voor technologische vooruitgang en wetenschappelijk onderzoek. Wanneer polymeren gemaakt van nanodeeltjes aan elkaar worden geënt, kan de functionaliteit van de materialen worden verbeterd.

Organische nanodeeltjes (oNP) zijn chemisch veelzijdiger dan hun anorganische tegenhangers, waardoor ze functioneel en aanpasbaar zijn voor specifieke biomedische en technologische toepassingen. Bestaande materialen waren echter beperkt wat betreft hun mechanische eigenschappen en chemische aanpasbaarheid.

A recent onderzoek uitgegeven door de Handelingen van de Nationale Academie van Wetenschappen (PNAS) onderzoekt de impact van hypervertakking en chemische cross-linking van oNP, een proces waarbij de twee gecombineerde mechanismen een dicht bindingsnetwerk bereiken.

Onder leiding van Carnegie Mellon-faculteit Krzysztof Matyjaszewski van de afdeling Chemie en Michael Bockstaller van de afdeling Materiaalkunde en -technologie, tonen de uitkomsten van het onderzoek het vermogen om zowel functionele kenmerken als elastische eigenschappen te reguleren, waardoor de nieuwe “bottom-up”-benadering geschikt is voor het creëren van functionele materialen voor een breed scala aan toepassingen. Het werk, dat werd ondersteund door het Department of Energy Office for Basic Energy Sciences en werd uitgevoerd in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Houston en het Max Planck Institute for Polymer Research in Duitsland, bevordert het fundamentele begrip van de parameters die de eigenschappen van oNP’s regelen en de chemische methoden die hun synthese mogelijk maken.

“Door de combinatie van deze processen hebben we kunnen aantonen dat organische nanodeeltjes de mogelijkheid hebben om een ​​anorganische stijfheid te vertonen”, aldus Bockstaller.

Dit geavanceerde niveau van controle over de structuur en eigenschappen van oNP’s werd mogelijk gemaakt door een nieuwe en nauwkeurige methode voor de synthese van functionele nanodeeltjes met behulp van atoomoverdrachtsradicalenpolymerisatie (ATRP). Deze methode werd ontwikkeld door scheikundepromovendus Rongguan Yin, de eerste auteur van de studie.

“De door ATRP ontworpen en nauwkeurig geprepareerde gefunctionaliseerde organische nanodeeltjes zijn in feite nieuwe gigantische enkele macromoleculen met een molaire massa die waarden van 100 miljoen Dalton bereiken”, aldus Matyjaszewski.

Een belangrijk kenmerk van het nieuwe oNP-systeem zijn de macro-initiatorkenmerken die veelzijdige graftmodificatie mogelijk maken. De resulterende borstelgebonden oNP’s ontsluiten innovatieve toepassingen in een reeks nanomateriaaltechnologieën via directe assemblage of integratie.

“De integratie van de in dit werk beschreven functionaliteiten opent de deur voor organische nanodeeltjes om de optische eigenschappen van materialen verder te verbeteren”, aldus Bockstaller.

Toekomstig onderzoek door de groepen van Bockstaller en Matyjaszewski zal voortbouwen op dit onderzoek om functionalisatiemogelijkheden zoals fluorescentie voor deze nieuwe klasse van oNP’s verder te onderzoeken en hun prestaties in praktische toepassingen te meten.