Der Polymer Day 2023 zeigt interdisziplinäre Innovation

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Chemisches „Upcycling“, also die Umwandlung von Kunststoffen in höherwertige Produkte, links. Materialien, die Schäden reparieren und sich selbst wiederherstellen. Geradeaus: Fasern, die sich zu Stoffen verweben und als Mikrofone oder Lautsprecher nutzen lassen.

So vielfältig waren die Innovationen, die sich am Polymer Day 2023 in der Morss Hall des MIT drängten. 64 Teams aus Schulen im gesamten Nordosten und darüber hinaus präsentierten ihre Forschungsergebnisse im Vorfeld eines Posterwettbewerbs – die meisten seit Beginn der Veranstaltung im Jahr 2013.

„Wir hatten in Morss Hall fast keinen Platz mehr“, sagt Eric Lee, ein Doktorand am Department of Materials Science and Engineering und am Program for Polymers and Soft Matter (PPSM) des MIT, der Gastgeber der Veranstaltung war. Lee leitete zusammen mit seinen Kommilitonen Yehlin Cho, Emily Krucker-Velasquez und Camille Cunin das Organisationskomitee des Polymer Day. „Dieses Problem hatten wir noch nie, weil es noch nie so viele Teilnehmer gab.“

Polymere sind eine riesige Klasse von Materialien, die aus langen, sich wiederholenden Molekülketten bestehen. Polymere kommen in einer Reihe von Anwendungen vor, von Lebensmitteln bis hin zu Arzneimitteln – Polyethylen beispielsweise in Verpackungen und Polyester in Kleidung.

Die MIT-Veranstaltung umfasste Workshops, Studentenseminare und ein Alumni-Karrierepanel. Es gab auch Industriestände mit den zehn Sponsoren – Unternehmen wie Cabot, Dow und Saint Gobain – ebenfalls eine Rekordzahl. Der Zweck der jährlichen Veranstaltung bestehe darin, Studierenden Netzwerkmöglichkeiten zu bieten und ihnen die Möglichkeit zu geben, ihre Forschungsergebnisse mit Menschen in ihrem Fachgebiet zu teilen, sagt Lee. Es soll auch die enorme Vielfalt der Polymerforschung zeigen.

„Das macht es wirklich besonders“, sagt Lee. „Das Coolste an PPSM und der Polymerwissenschaft im Allgemeinen ist, dass sie so interdisziplinär ist. PPSM vereint Chemieingenieurwesen, Chemie, Materialwissenschaften, Maschinenbau und Biotechnik. Also fünf verschiedene Abteilungen.“

Schleimmodelle

Diese Vielfalt spiegelte sich in der Forschungsarbeit wider, die während der Postersitzung des Tages gezeigt wurde. Nadia Zaragoza sprach über ihre Arbeit bei der Formulierung eines synthetischen Vaginalschleims aus Flaschenbürstenpolymeren, die im Mikroskop wie lange Bürsten aussehen, die zum Reinigen von Glaswaren verwendet werden.

„Ich liebe Schleim“, sagt Zaragoza, ein Doktorand in DMSE und PPSM. „Es ist ein sehr unterhaltsames Material.“

Ihr Endziel besteht darin, bessere Studien zu Infektionen wie bakterieller Vaginose, einer vaginalen Entzündung, die durch übermäßiges Bakterienwachstum verursacht wird, zu ermöglichen. Es handelt sich um eine häufige Diagnose, die nicht allgemein verstanden wird.

„Wir verstehen wirklich nicht, wie das passiert“, sagt Zaragoza. „Wir wissen, dass Schleim eine Rolle spielt. Wenn wir also bessere Vaginalschleimmodelle erstellen könnten, könnten wir diese Krankheiten dann besser untersuchen?“

Polymere zu Proteinen

Eine weitere Referentin, die sich für Polymere und Gesundheitswissenschaften interessierte, war Kayla Koch, eine Doktorandin am Department of Polymer Science and Engineering der University of Massachusetts Amherst. Koch verwendet Polymere, um Proteintransduktionsdomänen nachzuahmen, auch bekannt als zellpenetrierende Peptide, die Antikörper oder Proteine ​​durch die Zellmembran in eine Zelle transportieren können, ähnlich wie der mRNA-Impfstoff gegen Covid-19. Der Impfstoff wirkt, indem er mRNA in Körperzellen schleust.

„Der Vorteil der Verwendung von Polymeren besteht darin, dass man sie leicht anpassen kann. Wenn man die Struktur eines Peptids ändern wollte, ist das ein sehr mühsamer und anstrengender Prozess“, sagt Koch. „Bei der Polymerchemie setzt man einfach alles zusammen und los geht’s.“

Jetzt versuchen Koch und ihr Team, Polymere so zu optimieren, dass sie Proteine ​​effektiv durch die Zellmembran transportieren, mit dem Ziel, therapeutische Wirkstoffe wie Medikamente abzugeben. Die von ihr beim Polymer Day präsentierte Arbeit zeigte, was passierte, wenn sie den Polymeren verschiedene Arten von Alkohol hinzufügte.

„Wir sehen, dass es die Proteinzufuhr beeinflusst. In einigen Fällen verbessert es die Proteinzufuhr“, sagte sie.

Langanhaltende Blasen

Saurabh Nath, Postdoc am Department of Mechanical Engineering des MIT bei der Varanasi Research Group, stellte seine Arbeit über Blasen vor – insbesondere darüber, wie man sie langlebig macht. Versuchen Sie, Blasen ins Wasser zu blasen, forderte er heraus – sie platzen in Millisekunden. „Die einzige Möglichkeit, sie zu stabilisieren, ist die Zugabe von Seife oder Zusatzstoffen. Aber wenn man dem Wasser erst einmal Seife hinzufügt, ist es kein Wasser mehr, sondern Seifenwasser“, sagt Nath. Daher stellte seine Studie eine einfache Frage: Wie sorgt man dafür, dass eine Luftblase eine Blase bleibt, ohne ihre Reinheit zu verändern? Sie versuchten, die Frage zu beantworten, indem sie Silikonöl in einen Becher gaben und den Becher auf eine Heizplatte stellten. Beim Anstoßen des Öls entstanden Blasen, die etwa 10 Millisekunden anhielten. Erhitzen Sie das Öl jedoch auf 68 Grad Celsius (154 Grad Fahrenheit) und die Blasen bleiben fast eine Stunde lang bestehen. Der Grund: Die Hitze drückt einen Flüssigkeitsstrom an die Oberseite der Blase; kühlere Flüssigkeit fließt nach unten. „Die Blase lebt, weil der Schwerkraft durch die nach oben gerichtete Strömung entgegengewirkt wird“, sagt Nath. Eine Anwendung, zu der dieses Wissen führen könnte, ist Schaum. Schäume, die unter anderem für Isolierung, Verpackung und Sicherheit verwendet werden können, sind auf Zusatzstoffe oder Polymere angewiesen, die ihnen ihre Struktur verleihen. Nath beschrieb eine neue Art von Schaum, der aus einer Reihe langlebiger Blasen besteht, die ohne jegliche Zusatzstoffe stabilisiert sind. Ein solches Material könnte auch das Problem der „Entschäumung“ lösen, also der Entfernung von Schaum, wenn er nicht mehr benötigt wird. „Das ist ein ziemlich radikaler Schritt bei der Herstellung und Zerkleinerung von Schaum“, sagt Nath. „Man schaltet die Temperatur ab, die Blasen sind weg.“

Der Gewinner des Posterwettbewerbs mit dem ersten Platz war Joon Ho Park, Postdoktorand am Department of Chemical Engineering des MIT, für seinen Vortrag „Development of Cartilage Penetrating Dendrimer for Osteoarthritis Treatment“. Zu den Themen, die den zweiten und dritten Platz gewannen, gehörten von der Natur inspiriertes Materialdesign, datengesteuerte Vorhersagen von Materialeigenschaften und die Verwendung von DNA als Baustein für Biomaterialien.

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