פולימר חדש מאריך את חיי-המדף של מוצרי-מזון ותרופות

הממצא נבע מתוך שיטה מבוססת-ננוטכנולוגיה שנועדה לחסום את מעברם של גזים מזיקים דרך פולימר, ובכך לסייע בחיזוקו תוך שימוש בחומר מועט יותר

תגלית חדשה מאוניברסיטת Case Western Reserve עשויה לסייע בהארכת זמני בטיחותם וטריותם של מוצרי-מזון ותרופות ובייבושו ובטיחותו של ציוד אלקטרוני – הכל בעלות נמוכה. הממצא נבע מתוך שיטה מבוססת-ננוטכנולוגיה שנועדה לחסום את מעברם של גזים מזיקים דרך פולימר, ובכך לסייע בחיזוקו תוך שימוש בחומר מועט יותר. הממצאים פורסמו בגיליון פברואר של כתב-העת המדעי Science.

“מחקר זה מקדם אותנו צעד גדול לעבר פיתוח מחסומים פולימריים גמישים יותר ושקופים יותר לשם מספר יישומים שונים,” אמרה Anne Hiltner, הכותבת הראשית של המאמר ופרופסור למדעים והנדסה באוניברסיטה.

התגלית הייתה ממצא מקרי לחלוטין, לדבריה של החוקרת. החוקרים גילו כי כאשר הוא מוגבל כננו-שכבות, החומר תחמוצת פולי-אתילן (polyethylene oxide, PEO) מתגבש כחד-שכבה, תוך הסתדרות לכדי גבישים יחידים גדולים בלתי-חדירים, המפחיתים עד פי מאה את כמות הגז המסוגלת לחדור דרכם בכל סוגי היישומים המבוססים על פולימרים. כאשר הפולימר בר-הגיבוש הוגבל לשכבות זעירות שכאלו, החוקרים הופתעו לגלות שהוא מתארגן באופן עצמי לאריזה גבישית כמעט מושלמת של שרשראות הפולימר בתוככי כל שכבה דקיקה זו, מסבירה החוקרת.

אזורים גבישיים בפולימרים הינם מתחמים בהם האטומים שבשרשראות הפולימר מתארגנים זה לצד זה בתבנית סדורה, קשיחה ומוגדרת, בדומה לפרודות מים המסתדרות באופן מושלם בקרח (שהינו גביש של מים). מאחר והאטומים ממוקמים קרוב מאוד אחד לשני בתבנית סדורה, מתחמים גבישיים של פולימרים אינם מאפשרים מעבר של גזים, אפילו הקטנים ביותר מסוגם, כגון חמצן או פחמן דו-חמצני. על-כן, מתחמים גבישיים של פולימרים מפחיתים את החדירות של גזים דרכם – כלומר, מתחמים אלו משפרים את תכונות החסימות של פולימרים.

ארגון עצמי זה של נְתֹכֶת [melt, החומר המותך] הפולימר לכדי חד-גבישים גדולים וכמעט מושלמים מעולם לא נצפה בעבר, מציינים החוקרים. “היכולת לייצר קילומטרים של שכבות המכילות חד-גבישים של פולימר הינה חסרת-תקדים,” אמר החוקר הראשי.

פולימרים גבישיים, כדוגמת פולי-אתילן, פולי-פרופילן וניילון, משמשים באופן נרחב כציפויים כנגד גזים בתחומי מוצרי-המזון, הרפואה ואריזת רכיבים אלקטרוניים ומהווים חומרים נפוצים בשל עלות ייצורם הנמוכה, עיבודם הקל וחוזקם המכאני.

הודות לשימוש בתהליך חדשני ומתקדם שבו שני פולימרים ממוזגים יחדיו כשכבות ולאחר מכן מוכפלות לארבע שכבות וממשיכות להיות מוכפלות בכל מספר שנרצה בהמשך, החוקרים יכלו להבחין בהופעתו של מבנה חדש בדמות שכבות תחמוצת פולי-אתילן מוגדרות הממשיכות והופכות להיות דקיקות יותר ויותר תוך כדי חיסכון בכמות החומר.

פולימרים משמשים כבר היום ביישומים רבים שבהם יכולתם לשמור על אריזה אטומה חיונית לביצועיו של היישום עצמו, כגון באריזות של תרופות ומוצרי-מזון. אולם, קיימים טכנולוגיות חדישות, כגון צגים אלקטרוניים גמישים, בהם האטימה של פולימרים עכשוויים אינה מספקת את דרישותיו של היישום. החוקרים מקווים כי שיטתם החדשה תוכל לספק פיתרון ראוי ליישומים אלו.

הידיעה של מכון המחקר