Исследователи из области аналитической химии в Институте молекулярных наук Ван ‘т Гоффа (HIMS) при Амстердамском университете разработали новый алгоритм, который значительно улучшает анализ сополимеров. Он позволяет определять их блочную структуру, что до сих пор было невозможно с помощью общепринятых аналитических подходов.
Исследователи представили свои достижения в двух недавних статьях в журналах Macromolecules и Analytica Chimica Acta.
Исследование проводилось в рамках государственно-частного консорциума PARADISE
Цель консорциума — лучше понять скрытые сложности полимерных материалов и открыть дверь для нового поколения умных, устойчивых полимеров, внедрив передовой анализ данных в основу материаловедения. Консорциум состоит из учёных из Амстердамского свободного университета (VU) и Амстердамского университета (UvA) вместе с экспертами из промышленных партнёров Covestro, DSM, Shell и Genentech.
Алгоритм, опубликованный недавно, был разработан в сотрудничестве кандидата наук Рика ван ден Хурка, постдокторанта Тиджмена Боса и доцента Боба Пирока вместе с учёными Йнзе Менгеренком из Brightlands Chemelot Campus и профессором Роном Петерсом из Covestro.
Распределение длин блоков в сополимерах
В сополимерах распределение длин блоков отражает частоту встречаемости различных блочных расположений. Это распределение играет ключевую роль в определении характеристик производительности материала, включая его гибкость, прочность и биоразлагаемость.
До сих пор точное измерение этих распределений на молекулярном уровне было серьёзной задачей, поскольку традиционные методы, такие как ядерный магнитный резонанс (ЯМР), могут предоставить только усреднённую информацию.
Новый алгоритм меняет ситуацию
Новый алгоритм объединяет данные тандемной масс-спектрометрии (МС/МС) с интеллектуальным вычислительным подходом, учитывающим поведение фрагментации. Алгоритм позволяет исследователям реконструировать, как часто встречаются различные длины блоков в образце сополимера, давая гораздо более детальное представление о внутренней структуре материала.
Алгоритм, лежащий в основе этого метода, недавно был опубликован в Analytica Chimica Acta.
Группа Пироков применила алгоритм для изучения полиамидов и полиуретанов — промышленных полимеров, которые используются во всём: от текстиля до изоляционных пен. Примечательно, что результаты показали: даже полимеры с одинаковым химическим составом могут иметь очень разные блочные распределения в зависимости от способа их синтеза. Эти тонкие различия могут объяснить вариации в характеристиках материалов, которые в противном случае остались бы незамеченными.
Способность определять распределения длин блоков с такой точностью не только улучшает наше понимание химии полимеров, но и открывает двери для рационального проектирования материалов нового поколения. Точная настройка блочного расположения позволяет учёным и инженерам более точно адаптировать материалы для конкретных применений. Это также может способствовать разработке более устойчивых материалов, поскольку лучший контроль над структурой может привести к улучшению recyclability или позволить использовать сырьё на биологической основе.