Современное общество полагается на полимеры, такие как полипропилен или полиэтилен, для широкого спектра применений, от пищевых контейнеров до автомобильных запчастей и медицинских устройств. Однако, как и люди, полимеры стареют, и когда они стареют, материалы становятся склонными к растрескиванию или поломке. Теперь исследователи, сообщающие в ACS Central Science, разработали метод визуализации изменений полимеров, возникающих с возрастом.
Тепло, солнечный свет, кислород и влажность - все это может привести к разложению полимеров с течением времени. На ранних стадиях полимерные цепи разрываются, образуя функциональные группы, такие как гидроксильные группы, и свободные радикалы, ускоряющие процесс старения. Ученые разработали методы для изучения более выраженных признаков старения полимеров, но эти методы не дают микроскопической трехмерной картины, и большинство из них недостаточно чувствительны для обнаружения раннего старения. Руй Тиан, Чао Лу и их коллеги хотели найти способ визуализировать процесс старения полипропиленовых и полиэтиленовых полимеров в 3D. Такой метод можно использовать для обнаружения состарившихся полимеров, чтобы их можно было отремонтировать или заменить новыми деталями до того, как они выйдут из строя.
Исследователи основывали свой метод на коммерчески доступном флуоресцентном красителе, называемом DBPA, который может специфически присоединяться к гидроксильным группам в полимерах при разрыве цепей. Команда нагрела тонкий лист полипропилена или полиэтилена при 140 F, а затем пропитала пластик раствором DPBA, чтобы окрасить состаренные участки гидроксильными группами. Когда исследователи рассмотрели листы под конфокальным микроскопом, они обнаружили, что участки старения в полимерах, о чем свидетельствуют флуоресцентно помеченные гидроксильные группы, со временем становятся глубже, шире и чаще. Метод обнаружил более быстрое старение полимера, когда листы подвергались воздействию более высоких температур. Насколько известно исследователям, флуоресцентный метод является первым, который может точно отслеживать старение полимера в 3D, что поможет идентифицировать разрушающиеся полимеры на самых ранних стадиях.