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Un polimero è una maglia di catene, che si rompono lentamente nel tempo a causa delle normali pressione e usura. Quando un polimero viene schiacciato, la pressione rompe i legami chimici e produce radicali liberi: ioni con elettroni spaiati, pieni di energia.
Queste molecole sono responsabili dell’invecchiamento, di danni al DNA e del cancro nel corpo umano.
In un nuovo studio, gli scienziati della Northwestern University di sono orientati verso i
polimeri schiacciati e i
radicali liberi, alla ricerca di nuove fonti energetiche. Hanno scoperto cose incredibili e promettenti, ma anche alcuni problemi reali. Il loro rapporto è pubblicato dalla rivista
Angewandte Chemie .
I ricercatori hanno dimostrato che i
radicali provenienti da
polimeri compressi, generano quantità significative di energia che può essere usata per reazioni chimiche di potenza, in acqua. Questa energia, in genere, è rimasta finora inutilizzata, ma ora può essere sfruttata quando i
polimeri sono sotto stress in circostanze ordinarie, come nelle suole delle calzature, negli pneumatici d’auto o quando si compattano sacchetti di plastica.
Essi hanno anche scoperto, durante lo studio, che un polimero siliconico, comunemente utilizzato in impianti di certi procedimenti cosmetici, rilascia una grande quantità di
radicali liberi nocivi, quando il
polimero è sottoposto anche solo a una moderata pressione. Questi risultati suggeriscono che la sicurezza di alcuni impianti medicali a base di
polimeri dovrebbero essere esaminati e tenuti sotto controllo più da vicino.
"Abbiamo appurato che i
polimeri in condizioni di stress creano
radicali liberi, con efficienze complessive fino al 30 per cento ed emettono
radicali nei mezzi circostanti, dove possono dar luogo a reazioni chimiche", ha dichiarato Bartosz A. Grzybowski, un autore dell’articolo Professore di Chimica Fisica e Ingegneria Chimica dei Sistemi. "Questi
radicali possono essere utili o possono essere nocivi, a seconda della situazione."
Grzybowski e il suo team sono i primi ad usare questa energia per guidare le reazioni chimiche, semplicemente circondando il polimero compressi, con acqua contenente i reagenti desiderati.
I
radicali liberi creati nel
polimero migrano verso l’interfaccia
polimero/acqua, dove producono perossido di idrogeno, che poi può guidare processi chimici.
"Noi siamo interessati a nuove fonti di energia chimica: questa energia che nasce dalla semplice rottura dei legami dei
polimeri non viene utilizzata", ha detto. "Circondando il
polimero con un mezzo, come l'acqua, siamo in grado di produrre energia chimica rispettosa dell'ambiente. Una direzione che stiamo perseguendo è quella di utilizzare questa energia per disinfettare l'acqua nei paesi in via di sviluppo. Questo è possibile perché il perossido di idrogeno prodotto da
polimeri spremuti uccide i batteri . "
I ricercatori hanno confermato che la deformazione meccanica, uno schiacciamento moderato, ha creato radicali liberi nei polimeri. Essi inoltre hanno determinato il numero di radicali prodotti in un
polimero sotto pressione: circa 10 alla sedicesima potenza, per centimetro cubo di polimero: una quantità molto rilevante.
Come prima cosa hanno riempito tubi
polimerici con acqua, poi hanno spremuto i tubi e misurato il numero totale di
radicali che sono migrati nella soluzione circostante. Hanno scoperto che quasi l'80 per cento dei radicali è fuoriuscito, compiendo un certo percorso.
I ricercatori hanno studiato sette diversi
polimeri, tra cui un certo numero di particolare interesse pubblico. Il polidimetilsilossano, un materiale a base di silicio, comunemente utilizzato nelle implantazioni è uno di questi. Negli esperimenti di laboratorio, il mezzo che circondava il
polimero e l’entità della pressione esercitata sul materiale era simile a quelli che si trovano nel corpo umano, ha sottolineato Grzybowski.
“I nostri risultati sono un po 'preoccupanti dal momento che ogni impianto
polimerico del corpo umano ha a che fare con sollecitazioni meccaniche e, come ora sappiamo, può produrre
radicali liberi nocivi e diffonderli nei tessuti circostanti, contribuendo, talvolta, a gererare malattie come cancro, ictus, infarto del miocardio, diabete e altri disturbi importanti ", ha detto Grzybowski. "Sapendo questo, sono molto felice di avere un impianto metallico al ginocchio, piuttosto che un impianto polimerico. Da un punto di vista scientifico, il nostro lavoro dimostra ancora una volta che un fenomeno può essere utile o dannoso a seconda di come viene impiegato", ha detto. "Lo stesso
polimero può essere una utile una fonte di energia al di fuori di un corpo umano, ma un potenziale rischio quando è implantato in esso."
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Contatto:
Megan Fellman
fellman@northwestern.edu
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tel. 001-847-491-3115
Northwestern University
