Un gruppo di ricerca guidato dal ricercatore senior Jianwei Li presso il MediCity Research Laboratory ha esplorato un nuovo tipo di materiali, chiamati plastiche supramolecolari, in grado di sostituire le plastiche polimeriche convenzionali con un materiale più ecologico che promuove lo sviluppo sostenibile. Le proprietà meccaniche della plastica supramolecolare creata dai ricercatori utilizzando la separazione di fase liquido-liquido erano paragonabili a quelle dei polimeri convenzionali, ma la nuova plastica si decompone molto più facilmente e sarebbe più facile da riutilizzare.
La plastica è uno dei più importanti materiali moderni ed è stata integrata in tutti gli aspetti della vita umana dopo un secolo di sviluppo. Tuttavia, le plastiche polimeriche tradizionali si degradano e si rigenerano male in natura e sono diventate una delle maggiori minacce alla sopravvivenza umana. Questa situazione è il risultato della forza intrinseca dei legami covalenti che collegano i monomeri per la formazione dei polimeri.
Per affrontare la sfida, gli scienziati hanno proposto di creare polimeri collegati da legami non covalenti, meno potenti di quelli covalenti. Purtroppo, l'interazione più debole non è di solito abbastanza forte da tenere insieme le molecole in materiali di dimensioni macroscopiche, il che impedisce l'applicazione pratica dei materiali non covalenti.
Il gruppo di ricerca di Jianwei Li dell'Università di Turku, in Finlandia, ha scoperto che un concetto fisico chiamato separazione di fase liquido-liquido (LLPS) può sequestrare e concentrare i soluti, rafforzando la forza di legame tra le molecole e guidando la formazione di materiali macroscopici. Le proprietà meccaniche del materiale risultante erano paragonabili a quelle dei polimeri convenzionali. Inoltre, una volta che il materiale è stato rotto in pezzi, i frammenti potevano essere riuniti e auto-riparati istantaneamente. Inoltre, il materiale è risultato adesivo quando sono state incapsulate quantità sature di acqua. Ad esempio, i campioni di giunzione in acciaio hanno potuto sostenere un peso di 16 kg per oltre un mese.
Infine, grazie alla natura dinamica e reversibile delle interazioni non covalenti, il materiale era degradabile e altamente riciclabile.
"Rispetto alle plastiche convenzionali, le nostre nuove plastiche supramolecolari sono più intelligenti perché non solo mantengono una forte proprietà meccanica, ma riservano anche proprietà dinamiche e reversibili che rendono il materiale auto-riparabile e riutilizzabile", spiega il ricercatore post-dottorato Dr. Jingjing Yu.
"Una delle piccole molecole che hanno prodotto la plastica supramolecolare è stata precedentemente selezionata da un sistema chimico complesso. Ha formato materiali idrogel intelligenti con cationi metallici di magnesio. Questa volta siamo molto entusiasti di insegnare a questa vecchia molecola nuovi trucchi con l'LLPS", afferma il ricercatore principale del laboratorio, il dottor Jianwei Li.
"Le prove emergenti hanno dimostrato che LLPS potrebbe essere un processo significativo durante la formazione dei compartimenti cellulari. Ora, abbiamo avanzato questo fenomeno di ispirazione bio-fisica per affrontare la grande sfida del nostro ambiente. Credo che nel prossimo futuro verranno esplorati altri materiali interessanti con il processo LLPS", afferma Li.