Polymer Day 2023 présente l'innovation interdisciplinaire

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« Surcyclage » chimique ou conversion des plastiques en produits de plus grande valeur, à gauche. Des matériaux qui réparent les dommages et se rétablissent à droite. Droit devant : des fibres qui peuvent être tissées dans des tissus et utilisées comme microphones ou haut-parleurs.

Telle était l'innovation variée qui a envahi le Morss Hall du MIT lors de la Journée des polymères 2023. Soixante-quatre équipes d'écoles du Nord-Est et au-delà ont présenté des recherches avant un concours d'affiches – le plus depuis le début de l'événement en 2013.

"Nous manquions presque d'espace à Morss Hall", explique Eric Lee, étudiant diplômé du Département de science et d'ingénierie des matériaux du MIT et du Programme pour les polymères et la matière molle (PPSM), qui a accueilli l'événement. Lee a dirigé le comité organisateur de la Journée des polymères avec ses collègues étudiants diplômés Yehlin Cho, Emily Krucker-Velasquez et Camille Cunin. "Nous n'avons jamais eu ce problème auparavant, car il n'y a jamais eu autant de participants."

Les polymères sont une vaste classe de matériaux constitués de longues chaînes de molécules répétitives. Les polymères peuvent être trouvés dans une gamme d'applications, des produits alimentaires aux produits pharmaceutiques - le polyéthylène dans les emballages, par exemple, et le polyester dans les vêtements.

L'événement du MIT comprenait des ateliers, des séminaires pour étudiants et un panel de carrière d'anciens élèves. Il y avait aussi des stands de l'industrie mettant en vedette les 10 sponsors - des entreprises qui comprenaient Cabot, Dow et Saint Gobain - également un nombre record. Le but de l'événement annuel est de fournir aux étudiants des opportunités de réseautage et un moyen de partager leurs recherches avec des personnes dans leur domaine, explique Lee. C'est aussi pour montrer l'énorme diversité de la recherche sur les polymères.

"C'est ce qui le rend vraiment spécial", déclare Lee. "La chose la plus cool à propos du PPSM, et de la science des polymères en général, c'est qu'il est si interdisciplinaire. Le PPSM rassemble le génie chimique, la chimie, la science des matériaux, le génie mécanique et le génie biologique. Donc, cinq départements différents."

Modèles de mucus

Cette diversité était représentée dans les recherches présentées lors de la session d'affiches de la journée. Nadia Zaragoza a parlé de son travail de formulation d'un mucus vaginal synthétique à partir de polymères goupillon, qui, au microscope, ressemblent aux longues brosses utilisées pour nettoyer la verrerie.

"J'adore le mucus", déclare Saragosse, étudiante diplômée en DMSE et PPSM. "C'est un matériau très amusant."

Son objectif final est de faciliter de meilleures études sur les infections telles que la vaginose bactérienne, une inflammation vaginale causée par une prolifération de bactéries. C'est un diagnostic commun qui n'est pas largement compris.

"Nous ne comprenons vraiment pas comment cela se produit", dit Saragosse. « Nous savons que le mucus joue un rôle. Donc, si nous pouvions créer de meilleurs modèles de mucus vaginal, pourrions-nous alors mieux étudier ces maladies ?

Polymères aux protéines

Une autre présentatrice intéressée par les polymères et les sciences de la santé était Kayla Koch, une étudiante diplômée du Département de science et d'ingénierie des polymères de l'Université du Massachusetts à Amherst. Koch utilise des polymères pour imiter les domaines de transduction des protéines, également connus sous le nom de peptides pénétrant dans les cellules, qui peuvent transporter des anticorps ou des protéines à travers la membrane cellulaire dans une cellule, un peu comme le vaccin à ARNm contre Covid-19. Le vaccin agit en délivrant de l'ARNm dans les cellules du corps.

"L'avantage d'utiliser des polymères est que vous pouvez facilement les régler. Si vous vouliez modifier la structure d'un peptide, c'est un processus très laborieux et éprouvant", explique Koch. "Avec la chimie des polymères, il suffit de tout assembler et c'est parti."

Aujourd'hui, Koch et son équipe tentent d'optimiser les polymères pour transporter efficacement les protéines à travers la membrane cellulaire dans le but de délivrer des agents thérapeutiques tels que des médicaments. Le travail qu'elle a présenté au Polymer Day a montré ce qui se passait lorsqu'elle ajoutait différents types d'alcool aux polymères.

"Nous voyons que cela affecte la livraison de protéines. Dans certains cas, cela améliore la livraison de protéines", a-t-elle déclaré.

Bulles longue durée

Saurabh Nath, postdoctorant au département de génie mécanique du MIT avec le Varanasi Research Group, a présenté ses travaux sur les bulles, en particulier sur la façon de les faire durer. Essayez de faire des bulles dans l'eau, a-t-il défié - elles éclatent en quelques millisecondes. "La seule façon de les stabiliser est d'ajouter du savon ou des additifs. Mais une fois que vous ajoutez du savon à l'eau, ce n'est plus de l'eau, c'est de l'eau savonneuse", explique Nath. Son étude posait donc une question simple : comment faire en sorte qu'une bulle d'air reste une bulle sans altérer sa pureté ? Ils ont essayé de répondre à la question en mettant de l'huile de silicone dans un bécher et le bécher sur une plaque chauffante. Piquer l'huile a créé des bulles qui ont duré environ 10 millisecondes. Chauffez l'huile, cependant, à 68 degrés Celsius (154 degrés Fahrenheit), et les bulles se conserveront pendant près d'une heure. La raison : La chaleur pousse un flux de liquide vers le haut de la bulle ; le liquide plus froid s'écoule. "La bulle vit parce que la gravité est contrecarrée par le flux qui se produit vers le haut", explique Nath. Une application à laquelle de telles connaissances pourraient mener est la mousse. Les mousses - qui peuvent être utilisées dans l'isolation, l'emballage et la sécurité, entre autres applications - reposent sur des additifs ou des polymères pour leur donner leur structure. Nath a décrit un nouveau type de mousse constituée d'une série de bulles durables, stabilisées sans aucun additif. Un tel matériau pourrait également résoudre le problème du "démoussage" ou de l'élimination de la mousse lorsqu'elle n'est plus nécessaire. "Il s'agit d'une étape assez radicale dans la fabrication et la rupture de la mousse", explique Nath. "Vous éteignez la température, les bulles ont disparu."

Le premier gagnant du concours d'affiches a été Joon Ho Park, postdoctorant au département de génie chimique du MIT, pour sa présentation "Développement du dendrimère pénétrant dans le cartilage pour le traitement de l'arthrose". Les sujets qui ont remporté les deuxième et troisième prix comprenaient la conception de matériaux inspirés par la nature, les prédictions basées sur les données des propriétés des matériaux et l'utilisation de l'ADN comme élément de base pour les biomatériaux.

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