Baik alami maupun sintetis, polimer — molekul besar yang terdiri dari unit berulang yang disebut monomer — menunjukkan struktur dan sifat kompleks yang menjadikannya berguna dalam berbagai aplikasi. Dalam bentuk biogel yang lembut dan hampir cair, polimer dilihat melalui mikroskop optik mirip semangkuk mie lembut yang kusut. Dalam keadaan itu, mereka cenderung melakukan coacervate, atau bergabung, dengan polimer lain – ketika polimer tersebut membawa muatan elektrostatis yang berlawanan.
Profesor material UC Santa Barbara dan ketua departemen Omar Saleh telah menghabiskan waktu puluhan tahun untuk mengukur dan mengkarakterisasi perilaku polimer. Dia baru-baru ini menerima a hibah tiga tahun sebesar $441.000 dari National Science Foundation (NSF) untuk melakukan eksperimen halus yang dirancang untuk lebih memahami sifat dasar coacervate kompleks.
“Dalam proyek ini, kami bertujuan untuk memahami apa yang disebut campuran polimer bermuatan coacervat yang kompleks dapat terbentuk tetesan mikroskopis memiliki sifat unik, seperti kemampuan untuk merangkum dan menghantarkan obat serta bertindak sebagai perekat,” kata Saleh, seraya menambahkan bahwa, meskipun kelompoknya tidak menargetkan aplikasi atau teknologi tertentu, polimer biologis yang menjadi fokusnya – asam hialuronat dan koacervat RNA – mencerminkan minat yang lebih luas dalam penerapan mulai dari pengiriman obat hingga kosmetik.
Laboratorium Saleh adalah tempat yang baik untuk penelitian semacam itu karena timnya berspesialisasi dalam melakukan pengukuran presisi pada skala nanometer. Saleh memperkirakan laboratoriumnya adalah satu dari hanya 10 laboratorium di dunia yang melakukan pengukuran polimer mikrogel skala nano dengan instrumentasi yang dibuat khusus.
Alat unik tim, yang dikenal sebagai pinset magnetis, digunakan untuk mengukur perubahan kecil pada polimer di bawah gaya yang bervariasi. “Ini adalah teknik karakterisasi yang unik dan berpresisi tinggi,” kata Saleh, “di mana kami menggunakan medan magnet untuk menerapkan gaya regangan yang kecil, terkenal, dan terkontrol dengan baik pada polimer sambil mengukur perluasannya hingga akurasi satu nanometer.”
“Orang lain juga pandai dalam hal ini,” tambahnya, sambil mengakui bahwa ia memiliki keunggulan dalam hal ini. “Saya mulai mengembangkan beberapa hal ketika saya masih pascadoktoral di sebuah kelompok di Paris. Kami telah melakukannya dengan cukup baik selama bertahun-tahun, dan baru-baru ini kami mengembangkan cara untuk menggunakan instrumen tersebut untuk mempelajari masalah tertentu yang terkait dengan koaservasi, yaitu: bagaimana konformasi polimer (yaitu, bentuknya setelah ditarik oleh pinset) mempengaruhi koaservasi?”
Granularitas tersebut penting karena satu nanometer jauh lebih kecil daripada polimer, yang jika diregangkan, panjangnya sekitar 100 hingga 1.000 kali lipat. “Akurasi satu nanometer kami memungkinkan kami merasakan perubahan yang sangat kecil pada bentuk polimer saat ia berinteraksi dengan benda lain di lingkungan,” jelas Saleh. “Kami memasang sensor berpresisi tinggi, yaitu polimer yang diregangkan, lalu ada sesuatu yang mengikatnya, dan panjangnya berubah, dan kami dapat mengukurnya, dan dari pengukuran presisi ini, mengkuantifikasi dengan sangat detail semua yang dilakukan polimer tersebut.”
Di satu sisi, polimer dalam keadaan mikrogel yang terorganisir secara longgar berikatan dengan cara yang tidak biasa. “Ini seperti mie yang lengket dan menggeliat,” kata Saleh. “Fakta bahwa hal itu tetap bersatu — namun tidak seperti pada pengikatan biasa atau transisi fase ke benda padat, di mana semuanya menjadi kaku setelahnya — membuat fase mikrogel menarik secara fisik. Hal ini juga membuatnya sangat sulit untuk diukur, karena Anda tidak dapat melakukan kristalografi sinar-X pada polimer tersebut, karena alasan sederhana bahwa tidak ada struktur kristal ketika polimer berada dalam keadaan semi-cair yang sedang kita bicarakan.”
Namun, bola kecil mie tersebut – dan tetesan di dalamnya – mungkin suatu hari nanti dapat digunakan untuk menghantarkan obat-obatan atau, karena sangat lengket, digunakan sebagai perekat, bahkan mungkin lem bedah.
Penerapan semacam itu memerlukan peningkatan pemahaman tentang ilmu dasar di balik keadaan coacervate. Itu bukanlah tantangan kecil. “'Bola mie' adalah situasi fisik yang sangat rumit dan rumit, dan jika kita ingin merekayasanya, kita perlu memahaminya dengan lebih baik,” kata Saleh. “Jadi apa yang akan kami lakukan dalam proyek ini adalah menggunakan teknik pengukuran resolusi tinggi untuk memahaminya dengan lebih baik, dan hal ini akan memungkinkan berbagai aplikasi dalam jangka panjang.”
Ada banyak harapan mengenai apa yang bisa dilakukan dengan polimer di negara bagian ini, katanya. “Penerapan tertentu akan muncul” yang sebagian besar didasarkan pada “penerapan empiris” apa yang diketahui tentang keadaan coacervate. “Anda dapat menemukan sesuatu yang berhasil tanpa harus memahaminya Bagaimana berhasil,” jelas Saleh. “Dan Anda bisa mencoba membuat produk seperti itu. Dan, itu bukanlah cara yang buruk dalam melakukan sesuatu; itu sangat praktis. Namun tentu saja, dari sudut pandang ilmiah, mencoba memecahkan beberapa masalah mendasar adalah hal yang menarik, dan penyelesaian masalah mendasar tersebut hampir selalu membuka aplikasi baru untuk melakukan berbagai hal dengan cara yang lebih baik.”
Dari polimer bermuatan hingga inovasi yang menyelamatkan jiwa
