Fázový přechod v polymerních roztocích
Třída syntetických polymerů, které reagují na malou změnu vnějších podnětů významnou, někdy skokovou změnou svých fyzikálních vlastností, je často nazývána „inteligentními“ polymery. Tyto polymery mohou mít rozmanitou strukturu, mohou být rozpuštěny ve vodě, adsorbovány či roubovány k povrchu nebo sesíťovány do formy hydrogelu a zároveň existuje více typů vnějších podnětů. Je-li vyvolána kritická odezva polymeru, polymerní roztok se náhle zakalí v důsledku fázové separace, polymer adsorbovaný či roubovaný na povrchu bude měnit svoji konformaci a hydrofilní rozhraní se stane hydrofóbním a sesíťovaný polymer ve formě hydrogelu vykáže ostrý fázový přechod, při kterém vyloučí ze svých struktur většinu rozpouštědla.
Teplotně indukovaná fázová separace je pozorována v polymerních roztocích, které vykazují tzv. dolní kritickou rozpouštěcí teplotu (lower critical solution temperature, LCST). Při nízkých teplotách je polymer v roztoku rozpustný, ale zahřátím systému nad kritickou teplotu LCST dochází k fázové separaci, která se makroskopicky projeví zakalením roztoku. Z mikroskopického hlediska se jedná o fázovou změnu konformace řetězců a lokální koncentrace polymerních segmentů (přechod klubko-globule) způsobenou rozrušením vodíkových můstků mezi polymerními skupinami a molekulami rozpouštědla a převládajícími hydrofóbními interakcemi polymer-polymer.
Jev fázové separace lineárních polymerů v roztocích má svoji analogii ve fázovém přechodu (tzv. kolapsu) polymerních hydrogelů, během kterého malá změna vnějšího parametru (složení rozpouštědla, teplota, pH aj.) vede k fázové změně konformace řetězců a lokální koncentrace polymerních segmentů způsobující přechod polymerních sítí z nabotnalého stavu do stavu zkolabovaného. Objem hydrogelu může poklesnout během kolapsu 10 – 1000krát. Sesíťováním lineárních polymerů s LCST vznikají hydrogely vykazující fázový přechod v závislosti na teplotě. Schopnost těchto „inteligentních“ polymerních systémů reagovat na změnu teploty našla řadu návrhů na uplatnění v biomedicíně a technologiích, jako např. v molekulárních spínačích nebo čidlech. LCST polymerů lze nastavit kopolymerizací nebo přidáním různých příměsí na teplotu lidského těla a toho lze využít při řízeném uvolňování léčiv. Z teoretického hlediska je zajímavá podobnost chování syntetických polymerů vykazujících LCST s teplotní denaturací proteinů.
Spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR) umožňuje detailně sledovat interakce polymer-polymer a polymer-rozpouštědlo, pohyblivost polymerních segmentů a molekul rozpouštědla. Pomocí tété metody je možné studovat strukturní a dynamické změny v polymerních roztocích během fázové separace. Relaxační metody a měření difúzních koeficientů umožňují charakterizovat dynamické chování molekul v roztoku.
