Investigaciones de salto de temperatura de la cinética de las transiciones de fase de volumen de las nanopartículas de hidrogel

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La ciencia de los polímeros es la ciencia de los polímeros.
• Química Física es la química física.

Sus antecedentes:

• Los hidrogeles termorresponsivos, como la poli-N-isopropilacrilamida (pNIPAm), exhiben transiciones de fase de volumen significativas con los cambios de temperatura.
• Comprender la dinámica de estas transiciones a nanoescala es crucial para las aplicaciones en la administración de fármacos, sensores y actuadores.
• Estudios anteriores han explorado el comportamiento macroscópico de los hidrogeles pNIPAm, pero la dinámica a nanoescala requiere técnicas avanzadas.

Objetivo del estudio:

• Para investigar la dinámica de tiempo resuelto de deswelling y hinchazón en nanopartículas de hidrogel pNIPAm.
• Para dilucidar la extensión espacial y la cinética de la transición de deswelling con un rápido aumento de la temperatura.
• Para comparar la cinética de los procesos de deswelling y reswelling en estas nanopartículas.

Principales métodos:

• Utilizando mediciones de transmitancia con resolución temporal para monitorear cambios en el tamaño de las nanopartículas.
• Empleando una técnica de salto de temperatura (T-jump) inducida por láser de nanosegundos para un calentamiento rápido y localizado.
• Analizando la cinética de deswelling y reswelling en relación con los cambios de temperatura y la disipación de calor.

Principales resultados:

• Se observó deswelling como una disminución en la transmitancia cuando la temperatura de la solución cruzó la temperatura de transición de fase de volumen.
• El deswelling inducido por el salto en T se produjo principalmente en una capa periférica delgada (<10% del volumen de partículas) en la escala de tiempo de microsegundos.
• El tiempo de colapso de las partículas podría ajustarse incorporando componentes hidrofóbicos en el caparazón de la partícula.
• El reswelling fue controlado termodinámicamente y más lento (escala de tiempo de milisegundos) debido a las limitaciones de disipación de calor.

Conclusiones:

• El deswelling de las nanopartículas de hidrogel pNIPAm es un fenómeno superficial rápido que ocurre en una escala de tiempo de microsegundos.
• Las cinéticas de reswelling son significativamente más lentas y se rigen por las condiciones termodinámicas masivas y la disipación de calor.
• Los hallazgos proporcionan información sobre la dinámica a nanoescala de los hidrogeles termoresponsables, relevantes para el diseño de materiales y el desarrollo de aplicaciones.