Сотрудники кафедры физики полимеров и кристаллов МГУ совместно с коллегами из Германии разработали метод управления состоянием микрогелей, который позволяет обратимо изменять их размер. Ученые предложили влиять на микрогели с помощью света: так под воздействием определённого излучения они смогут увеличиваться или уменьшаться в объеме в несколько раз. Это поможет в создании адаптивных датчиков или носителей для доставки лекарств внутри организма.

Научная работа опубликована в журнале Advanced Functional Materials (Q1).

Создание управляемых полимерных структур – важная научная задача. Например, если научиться влиять на их размер, можно использовать микрогели как маленькие контейнеры для загрузки и выгрузки веществ. Сами микрогели состоят из сшитых полимерных цепочек – это похоже на трехмерную сетку из гибких нитей. Микрогели обладают свойством удерживать растворитель, а изменение размеров приводит к поглощению или высвобождению содержимого.

Уже известно, что влиять на температуру, при которой происходят набухание и сжатие микрогелей, можно с помощью изменения химического состава самого полимера или окружающей его среды. В таком случае сложно добиться обратимых изменений: то есть если микрогель увеличивается в размерах, то вернуть его в первоначальное состояние непросто. Однако если наполнить микрогель светочувствительным веществом, то обратимое изменение размера может быть вызвано облучением светом определенной длины волны – именно этот феномен исследовали учёные в данной работе.

«Для того чтобы микрогели реагировали на свет, их наполняют светочувствительным поверхностно-активным веществом (ПАВ). Когда на это вещество попадает определённое излучение (например, УФ-лучи), начинается процесс изомеризации, то есть изменение пространственного расположения атомов в молекуле. Это приводит к изменению характера взаимодействия молекул между собой и со звеньями микрогеля. В результате микрогель приобретает новые свойства и может изменить свой размер», – рассказала руководитель научной группы, профессор физического факультета МГУ Елена Юльевна Крамаренко.

Ученые смогли обратимо изменить линейный размер микрогелей в несколько раз – это означает, что объем может изменяться на порядок! С помощью разработанной теории удалось выявить основные физические факторы, определяющие такой значительный эффект, и создать основы для направленного дизайна широкого круга светочувствительных систем.

В дальнейшем планируется изучить кинетику процесса перераспределения ионов разной природы в системе и его влияние на временные характеристики отклика микрогелей на свет.