IA capaz de determinar a sequência monomérica de um polímero e compensar reciclagem
Técnica baseada em IA capaz de determinar a sequência monomérica de um polímero, para reciclagem de plástico
O Instituto Nacional de Ciência de Materiais (NIMS) desenvolveu uma técnica de espectrometria de massa baseada em IA capaz de determinar a sequência monomérica de um polímero. Esta técnica pode ser útil para obter uma compreensão mais profunda das estruturas poliméricas básicas, facilitando o desenvolvimento de novos materiais e ajudando a resolver problemas de reciclagem de plástico. O trabalho está publicado na revista Chemical Science.
Um polímero é uma molécula muito grande composta por uma cadeia de muitas (variando de centenas a centenas de milhares) pequenas moléculas chamadas monômeros que estão ligadas entre si. Muitos polímeros comuns (por exemplo, plásticos e resinas) são copolímeros, consistindo em vários tipos diferentes de monômeros. Durante o processo de copolimerização, os monômeros são arranjados estocasticamente ao longo da cadeia principal, gerando distribuição de sequências.
Como se acredita que essa distribuição de sequência influencia muito o desempenho dos materiais copoliméricos, o desenvolvimento de um sequenciador de polímeros – um método analítico para avaliar quantitativamente a distribuição – era esperado como uma ferramenta potencialmente eficaz para materiais poliméricos inovadores.
Esta equipe de pesquisa desenvolveu recentemente o primeiro sequenciador de polímero prático do mundo quantificando os segmentos curtos de monômeros em sequências específicas, aqui chamado de “códon” usando uma analogia de tripletos de nucleotídeos, via espectros de massa de pirólise. Nesta técnica, um copolímero analito é gradualmente aquecido da temperatura ambiente até 600°C, gerando sucessivamente fragmentos oligoméricos a serem registrados por espectrometria de massa em ordem de suas suscetibilidades ao calor.
Quantificação de sequência curta via rearranjo de monômeros em sequências periódicas repetindo uma única espécie de códon. Crédito: Instituto Nacional de Ciência de Materiais
Com base nos padrões de fragmentos, os copolímeros virtuais que repetem uma única espécie de códon são reconstruídos via análise AI, permitindo a quantificação da composição do códon no analito. Este sequenciador de polímeros é aplicável a várias combinações de monômeros versáteis. Além disso, o sequenciador de polímeros pode ser usado para analisar vários outros materiais cujos fragmentos vaporizam durante o tratamento térmico. Estes incluem materiais de amostra insolúveis ou não liquefeitos e compostos com constituintes inorgânicos.
A equipe de pesquisa planeja investigar a correlação entre a distribuição de sequência e as propriedades do copolímero e desenvolver técnicas de polimerização controlada por sequência, usando o sequenciador de polímero desenvolvido como tecnologia-chave. Essa tentativa pode melhorar o desempenho de vários materiais poliméricos e resolver os problemas ambientais causados pelos plásticos.
Mais informações: Yusuke Hibi et al, Um sequenciador baseado em dados que revela “códons” latentes em copolímeros sintéticos, Chemical Science (2023). DOI: 10.1039/D2SC06974A
Informações da revista: Chemical Science
