10 modi in cui l’analisi termica viene utilizzata nella ricerca di frontiera

L’analisi termica fornisce informazioni fondamentali sulle caratteristiche di un materiale e sulle sue probabili prestazioni sul campo. Questa caratteristica e la relativa semplicità rendono tecniche come la calorimetria differenziale a scansione (DSC) e l’analisi termogravimetrica (TGA) preziose per chi sviluppa nuovi materiali per applicazioni complesse, come i prodotti farmaceutici e i dispositivi medici. Ecco solo 10 esempi di come la gamma di analizzatori termici Hitachi supporta ricerche innovative in tutto il mondo.

1. Sviluppo di nuovi materiali per dissipatori LED

I dissipatori di calore in materiale composito sono un’ottima alternativa all’alluminio grazie al loro basso costo, alla loro leggerezza e alla possibilità di personalizzare le prestazioni modificandone la composizione. Il grafene è interessante come nanofiller per i compositi polimerici utilizzati in questo campo, ma la sua grande area superficiale rende difficile la dispersione uniforme nella matrice polimerica. Per risolvere questo problema, sono stati sperimentati leganti e disperdenti specifici per il grafene e il calorimetro NEXTA DSC di Hitachi High-Tech è stato utilizzato per determinare la stabilità termica e la temperatura di transizione vetrosa dei materiali compositi così ottenuti.

[Cho et al., Carbon 2016, 102, 66-73]

2. Sviluppo di polimeri con caratteristiche superficiali specifiche

Uno degli obiettivi della ricerca sui nuovi materiali è creare materiali ad alta resistenza, basso peso e buona stabilità termica. Le strutture a nido d’ape presentano queste caratteristiche e l’attuale ricerca si concentra sulla creazione di superfici polimeriche micro-disegnate con cavità funzionalizzate. Il controllo della distribuzione delle particelle all’interno di questi materiali è essenziale per controllarne le caratteristiche e l’analizzatore gravimetrico simultaneo NEXTA STA di Hitachi High-Tech può essere utilizzato per determinare il contenuto organico di particelle di allumina modificare con stirene, utilizzate per la fabbricazione di film ibridi.

[Lakshmi et al., Phys.Chem.Chem.Phys. 2016, 18, 7367-7373]

3. Caratterizzazione di idrogel per il rilascio di farmaci

Alcune caratteristiche degli idrogel a base di metilcellulosa, come le variazioni della temperatura di gelificazione, influenzano sensibilmente il rilascio di farmaci e il DSC della serie NEXTA di Hitachi High-Tech può essere impiegato per valutare le interazioni chimico-fisiche tra la matrice polimerica e un additivo a base di polietilenglicole.

[Nishimoto et al., Anal.Sci, 2015, 31 (9), 929-34]

4. Determinazione delle proprietà termiche fondamentali di nuovi materiali di sintesi

Quando il comportamento termico è una parte critica della ricerca sui nuovi materiali, l’analisi termica è essenziale per una caratterizzazione completa delle loro proprietà. Ad esempio, il calorimetro a scansione differenziale NEXTA DSC di Hitachi High-Tech ha svolto un ruolo fondamentale nella progettazione del comportamento termico di zwitterioni a base di ammonio (ZI) e nella determinazione della temperatura di decomposizione.

[Ferreira et al., Green Chem. 2017, 19, 4012-4016]

5. Ottimizzazione del processo di grafting stirene-chitosano

La sfida dello sviluppo di nuovi materiali polimerici consiste spesso nell’ottenere le caratteristiche giuste, e in questo caso le caratteristiche superficiali del chitosano sono state modificate con un processo di grafting con stirene. La caratterizzazione dei materiali risultanti è stata studiata intensamente e l’analisi termica ha contribuito a determinare la stabilità termica del materiale copolimerico.

[Abdulganiyu et al., Cemsearch Journal 2017, 8, 1]

6. Indagine sulle proprietà termiche di potenziali materiali per fusione nucleare

Il titanato di litio è riconosciuto come un potenziale materiale per fornire il trizio essenziale richiesto dai reattori per fusione nucleare; questo materiale viene prodotto attraverso una reazione tra carbonato di litio e biossido di titanio e per comprendere appieno i meccanismi cinetici coinvolti in questa reazione, è stata utilizzata l’analisi termogravimetrica combinata(TGA/DSC).

[Sharma et al., Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2017, 128, 2]

7. Indagine su come cambiano le proprietà termiche quando i materiali diventano ultrasottili

Quando le dimensioni dei materiali diminuiscono, le loro proprietà dipendono sempre di più dalle caratteristiche della superficie piuttosto che da quelle massive. Attraverso un’analisi combinata di calorimetria differenziale a scansione e di microscopia a forza atomica è possibile, ad esempio, comprendere l’effetto delle caratteristiche superficiali sul comportamento di transizione di fase dei microcristalli di alcol n-alchilico.

[Iwasa et al., Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2015, 123,1825-1831]

8. Analisi dell’efficacia dei farmaci dopo l’esposizione alla luce

Alcuni farmaci possono degradarsi se esposti alla luce. In uno studio dedicato all’efficacia dei farmaci antibatterici del gruppo dei fluorochinoloni, si è evidenziato come questi materiali possono subire una fotodegradazione che riduce la loro efficacia antibatterica e può causare effetti collaterali. Insieme al metodo UPLC-MS /MS, è stato utilizzato il calorimetro della serie NEXTA DSC di Hitachi High-Tech per confrontare i campioni prima e dopo l’irraggiamento.

[Hubicka et al., Chem.Cent. J. 2013, 31, 7, 133]

9. Comprendere il rilascio e la dissoluzione dei farmaci all’interno di compresse

Il modo in cui i farmaci nelle formulazioni in compresse si dissolvono nell’organismo è una parte importante della ricerca farmaceutica. Ad esempio, attraverso uno studio calorimetrico con il NEXTA DSC di Hitachi High-Tech è stato analizzato il contenuto di acqua non congelante dell’idrossipropilcellulosa (HPC) idratata, al fine di comprendere meglio il rilascio di farmaci con diverse solubilità e HPC di diverse masse molecolari e viscosità.

[Talik et al., Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2017, 132, 445-451]

10. Indagine su quali fattori influenzano la temperatura di transizione polimorfa dei materiali

I materiali polimorfi possono trasformarsi da una struttura cristallina a un’altra. Nel caso della terpiridina (terpy) è stato scoperto che la temperatura di transizione è regolabile, a seconda del livello di macinazione dei cristalli di partenza. Il calorimetro a scansione differenziale NEXTA DSC di Hitachi High-Tech è stato utilizzato per determinare la temperatura di transizione in diverse condizioni.

[Yokota et al., Adv. Chem. Eng. Sci. 2015, 5, 499-504]