I microgel colloidali hanno recentemente richiamato l'attenzione sia per le loro potenzialità nelle applicazioni tecnologiche che per le implicazioni nella ricerca di base essendo considerati sistemi modello nella materia soffice. I microgel colloidali sono particelle di dimensioni nano e micrometriche disperse in un solvente, in grado di assorbire e rilasciare in maniera controllata notevoli quantità di solvente in risposta a piccole variazioni di parametri quali temperatura, pH, pressione, deformazioni o stress. In questo progetto verranno studiati microgel multiresponsivi costituiti da network polimerici interpenetrati (IPN - Interpenetrated Polymer Network) di poli(N-isopropilacrilammide) (PNIPAM), sensibile alla temperatura e acido poliacrilico (PAAc) responsivo al pH. All'aumentare della temperatura, sono caratterizzati da una transizione di volume in cui le particelle passano da uno stato idratato e gonfio ad uno deidratato e contratto. Ad alte concentrazioni la transizione di volume è accompagnata anche da un passaggio da fase liquida a stato arrestato (di gel e/o vetro). La possibilità di controllare il loro potenziale di interazione attraverso parametri sperimentalmente accessibili,come la temperatura, il pH, la concentrazione e il contenuto di acido poliacrilico, rende i microgel IPN fortemente versatili. In questo progetto, la combinazione di più tecniche sperimentali consentirà di studiare la struttura, la dinamica e le proprietà elastiche dei microgel. In particolare verranno studiati attraverso varie tecniche: la reologia per le proprietà viscoelastiche, lo scattering dinamico della luce (DLS) per informazioni dirette sul raggio idrodinamico, la calorimetria a scansione differenziale (DSC) per le proprietà termiche e le transizioni di fase, la spettroscopia Raman per informazioni sulle modifiche a livello molecolare e la microscopia a fluorescenza per investigarne, tramite la funzionalizzazione con opportuni fluorofori, la struttura interna.
I microgel soffici a differenza dei colloidi ordinari "duri" grazie alla loro deformabilità sono in grado di dare luogo a nuove fasi inesplorate e stati arrestati, possono inoltre essere utilizzati come sistemi modello per la comprensione generale dell'arresto dinamico.
Questi sistemi presentano ancora molti aspetti del loro comportamento di fase non del tutto chiari e questo progetto si prefigge di apportare un avanzamento nella comprensione del ruolo della sofficità del sistema sull'arresto dinamico.
Nel caso particolare dei microgel multiresponsivi IPN, la sofficità del sistema può essere controllata tramite parametri come il reticolante, il contenuto di PAAc e il pH del solvente a causa delle molteplici interazioni polimero/polimero e polimero/solvente alla base dell'equilibrio tra forze attrattive deboli e repulsive soffici. Questo rende i microgel IPN ancora più complessi ma la ricerca più stimolante ed innovativa.
Lo sviluppo di questo progetto permetterà di identificare le condizioni migliori per le applicazioni dei materiali responsivi in campo biomedico e farmaceutico con la prospettiva di ottenere migliori risultati applicativi.
Il controllo di parametri di facile accesso sperimentale, quali temperatura, pH e concentrazione, consentirà di modificare la risposta del sistema in ambienti diversi, offrendo una maggiore versatilità di comportamento e pertanto un più ampio spettro di applicazione.
La possibilità di controllare il comportamento del sistema modificando, in maniera mirata, le proprietà di elasticità e sofficità attraverso protocolli di sintesi opportuni, permetterà inoltre di investigare aspetti innovativi con ottime potenzialità nell'ambito della ricerca.
Inoltre verrà dedicata particolare attenzione allo studio di microgel con particelle ultrasoffici a basso contenuto di reticolante. Sarà interessante verificare se la struttura sferica con architettura "core-shell", tipica dei microgel soffici, venga mantenuta e vedere come varia il profilo di distribuzione delle densità all'interno delle particelle.
Verranno fatti confronti con i microgel classici confrontando il rapporto tra il raggio della particella nello stato idratato e quello nello stato contratto nei campioni con e senza reticolante e verrà tracciato un diagramma di fase opportuno.