国际新闻：中子可以分析聚合物凝胶的异常属性

作者Josh Witt，橡树岭国家实验室

化妆品、粘合剂和油漆等产品依赖于一个共同的关键成分：凝胶。聚合物凝胶是一种具有独特性能的凝胶类型，由于其在医学应用中的潜在用途，引起了研究者的兴趣。

研究表明，改变聚合物凝胶的结构可以显著地影响其性能，但原因尚不清楚。为了了解这是如何发生的以及为什么发生的，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利用中子散射进行更深入的研究。

聚合物凝胶是由聚合物链和连接它们的接头组成。随着热力学条件的变化，连接点的尺寸相对于连接它们的链而变化。这些变化可以使凝胶变得更强，并产生更好的响应特性。为了研究这些关系，研究人员正在使用ORNL散裂中子源的eq-sans仪器——美国能源部科学用户设施办公室。

ORNL的博士后研究人员Christopher Lam说：“我们正在努力理解结尺寸的作用以及连接相互作用对凝胶力学性能的贡献。”

聚合物凝胶由于其结构能适应环境的变化，因此在药物输送中非常有用。例如，具有温度响应特性的聚合物凝胶可以在室温下容易流动，但随后在像人体一样温暖的环境中变硬。这些类型的凝胶有助于确保当一种药物被注射到人体内时，它停留在它要影响的区域。

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的低压下容易流动，但随着凝胶的喷射和压力的增加而变硬。

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。使用一种被称为对比度匹配的独特技术，研究人员用氘取代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。

利用eq-sans仪器的新 rheo-SANS 环境，研究人员能够使凝胶受到剪切应力，剪切应力与材料横截面平行，就像两个板块相互滑动，并观察结构的相应变化。

通过比较具有大结的凝胶和小结的剪切和变形的结构，研究者可以开始理解凝胶结的大小如何影响凝胶性质。利用他们的发现，研究人员可以找到开发改进聚合物凝胶的方法。

Lam说：“如果我们对凝胶的结构有了了解，这基本上给了我们一个更好的框架。”然后我们可以说，‘我们需要这种性质，这种化学设计，以及成分和浓度的比例。’

“我一直在努力在我们从根本上做了多少和我们如何考虑将其应用到我们将要使用的东西之间找到平衡。我正试图用这种基本的理解来设计更好的生物医学凝胶。”

这项实验的其他研究者包括麻省理工学院化学工程系的首席研究员布拉德利D.奥尔森、奥内尔大学的魏仁辰和麻省理工学院的博士后研究员米歇尔·卡拉布雷斯。这项研究得到了能源部科学办公室的支持。

原文链接：https://phys.org/news/2019-06-neutrons-analysis-polymer-gels-unusual.html

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