Plastikowy zawrót głowy

Polimery można budować dziś z wielu różnych chemicznych "klocków", w niesłychanej liczbie kombinacji. Inżynierowie będą potrzebowali pomocy komputerów, żeby się w tym nie pogubić

Polimery to substancje, których cząsteczki są długimi łańcuchami złożonymi z mniejszych elementów. Pół biedy, gdy wszystkie elementy są takie same. Ale tzw. kopolimery mają w składzie dwa lub więcej rodzajów budulca (tzw. monomery). Polimerami są białka (i kodujące je cząsteczki DNA), polimerami jest wiele cukrów i innych substancji występujących w przyrodzie.

Ubiegłe stulecie poznało nowe rodzaje polimerów - tworzywa sztuczne. Teraz chemicy są w stanie tworzyć ich tak wiele, że zaczynają się w tym gubić. Syntetyczne kopolimery mogą diametralnie różnić się własnościami chemicznymi i fizycznymi. Odpowiada za to bowiem nie tylko ich „zwyczajny skład chemiczny”, czyli proporcja atomów poszczególnych pierwiastków, ale - przede wszystkim - skład i kolejność poszczególnych cegiełek w długich, wymyślnie poplątanych łańcuchach. W dodatku, już na poziomie nano takie monomery często łączą się spontanicznie w większe grupy, zmieniając właściwości tworzywa, w sposób nieraz zaskakujący. Określony układ nanocząstek w obrębie polimeru może mieć np. szczególne własności optyczne (jak w tzw. pelerynach niewidkach).

Biologia wciąż tropi sekrety białek, których działanie w żywych organizmach zależy np. od tego, czy dany fragment cząsteczki wywija się w lewo, czy w prawo. Naukowcy zatrudniają do tego superkomputery, a nawet - społecznościowe turnieje internetowe. Gracze z całego świata rozwiązują naukowe łamigłówki, z którymi nie poradzi sobie ani maszyna, ani najlepszy zespół badaczy.

W prestiżowym magazynie „Science” dwaj kaliforniscy naukowcy próbują zapobiec podobnej sytuacji w tworzywach sztucznych. Ich zdaniem, branża stoi właśnie w obliczu takiego bogactwa, że nie wiadomo, czy to nie jest puszka Pandory.

Polimery mogą się bowiem różnić nie tylko takimi własnościami jak wytrzymałość, elastyczność, czy możliwość zastosowania w superkomputerach optycznych. Producenta (i konsumenta) powinna interesować też biodegradowalność, toksyczność i potencjalny wpływ na organizmy żywe, ryzyko zanieczyszczenia środowiska.

- A my mamy problem z liczeniem - ubolewa prof. Glenn Fredrickson z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, jeden z autorów pracy.  Sztucznych tworzyw można dziś syntetyzować miliony, a liczba ta rośnie skokowo wraz z odkryciem kolejnych monomerów.

Badacze z Kalifornii sugerują kolegom podjęcie wspólnego wysiłku teoretycznego i opracowanie komputerowych symulatorów, które odgadną właściwości nowych klas polimerów. Są optymistami, bo współczesna chemia materiałowa (czyli de facto - nanotechnologia) obok ryzyk niesie olbrzymie bogactwo nowych możliwości. Kalifornijski symulator jest już dość zaawansowany. Nad podobnymi narzędziami do teoretycznego opanowania tej powodzi nowych substancji pracują też np. duże firmy komputerowe, licząc na modyfikację lub drastyczną zmianę technologii produkcji elektroniki opierającej się dziś na kryształach krzemu.

- Kopolimery są niezwykle różnorodne - mamy olbrzymi zakres swobody w projektowaniu kolejnych substancji, więc mamy duże szanse na opracowanie tworzyw o naprawdę unikalnych właściwościach - podkreśla Fredrickson.

Więcej o: