Исследователи из Института молекулярных наук Вант-Гоффа (Амстердамский университет) создали алгоритм, который раскрывает секреты строения сополимеров — материалов, из которых делают пластик, ткани и даже медицинские импланты. Раньше их структуру можно было изучить лишь приблизительно, но теперь ученые научились разбирать полимеры на молекулы и точно определять, как в них расположены блоки.

Сополимер — это полимер, состоящий из двух или более типов мономеров (повторяющихся звеньев), которые соединяются в цепочку в разном порядке. Например, если мономеры A и B собраны как А-А-В-А-В-В, это один тип сополимера, а если как А-В-А-В-А-В — уже другой, хотя состав тот же.

Работа велась в рамках консорциума PARADISE при поддержке Нидерландской научной организации NWO. В проекте участвовали специалисты из Амстердамского и Свободного университетов, а также компании Covestro, DSM, Shell и Genentech. Алгоритм, описанный в издании Analytica Chimica Acta, разработали аспирант Рик ван ден Хюрк, постдок Теймен Бос и доцент Боб Пирок вместе с коллегами из Brightlands Chemelot Campus и Covestro.

Как это работает

Сополимеры состоят из цепочек с разными блоками — например, жесткими и гибкими. От того, как эти блоки чередуются, зависят свойства материала: прочность, эластичность, способность разлагаться. Раньше ученые могли изучать только средние показатели, но новый алгоритм анализирует данные масс-спектрометрии (MS/MS) и учитывает, как молекулы распадаются при исследовании. Это позволяет точно определить, какие комбинации блоков встречаются чаще, а какие реже.

В статье для издания Macromolecules ученые применили метод к полиамидам и полиуретанам — тем самым пластикам, из которых делают нейлон, куртки и пену для мебели. Оказалось, даже если химический состав одинаков, структура может сильно отличаться в зависимости от способа производства. Это объясняет, почему один и тот же пластик в разных изделиях ведет себя по-разному.

Что это дает

• Можно создавать материалы с заданными свойствами — например, более прочные или легкие.
• Упростится разработка биоразлагаемых пластиков.
• Производители смогут точнее контролировать качество.

Главный плюс — возможность точечной настройки свойств полимеров. Сейчас индустрия часто работает методом проб и ошибок: смешали компоненты, проверили результат, переделали. С этим алгоритмом можно заранее проектировать материалы под конкретные задачи — скажем, делать упаковку, которая не рвется, но быстро разлагается.

Еще один прорыв — контроль качества. Если два завода выпускают «одинаковый» пластик, а он ведет себя по-разному, теперь можно найти причину на молекулярном уровне.

Отметим, что алгоритм требует сложного оборудования  (тандемный масс-спектрометр) и пока тестировался только на двух типах полимеров. Нужны дополнительные исследования, чтобы понять, насколько он универсален.

Ранее ученые создали проводящий силикон.