Vi kender plast og andre syntetiske polymerer. De giver os alt fra plastposer, computerkabinetter og madbeholdere til legoklodser, vinduesrammer og kabler. Vi er omgivet af plast, som skaber form og struktur.

Men polymerer kan meget mere end blot være et strukturmateriale - de er godt i gang med at få egne funktioner. Det skyldes, at de molekyler, som polymerer er skabt af, rent ud sagt kan designes, bygges op fra bunden og sættes sammen på en måde, så de reagerer på små påvirkninger.

Det kan for eksempel være overflader, som skyer vand eller tiltrækker bestemte celler; membraner i brændselsceller, som effektivt leder ionerne igennem eller sensorer, hvor det er polymerer, som registrerer en tilstand og reagerer ved at sende f.eks. et elektrisk signal.

Ved at gøre de polymere kæder længere eller kortere og koble nye grupper på, kan egenskaberne nærmest trinløst varieres til de løser lige netop det problem, man gerne vil have løst.

Levering af medicin

Et af de områder, som endnu er på et tidligt stadium, men som viser meget lovende takter, er at lade polymerer indgå i vores organisme. For polymerer kan designes, så de ligner naturens egne molekyler. Det kan for eksempel være til transport af medicin - såkaldt drug delivery. Men det kan også være implantater skabt af polymerer, som ligner naturlige molekyler.

På DTU Nanotech er professor Kristoffer Almdal dybt involveret i den udvikling. Han har netop modtaget Elastyrenprisen 2012, som uddeles af ATV, på baggrund af sit arbejde med polymerer på det medicinske område. I begyndelsen af sin forskerkarriere var han inspireret af udviklingen af den bløde kontaktlinse, skabt af en polymer, som lægger sig direkte på vores øje. I dag bevæger han sig helt ind i blodbanerne.

Hvis man har mistanke om, at en patient er særligt udsat for blodpropper, kan lægerne indoperere et implantat i blodbanen, som holder den åben. Men når det skal ud igen, skal patienten igennem endnu en operation. Kristoffer Almdal forestiller sig i stedet, at et implantatat skabt af designede polymerer, som ligner naturlige molekyler, opløser sig selv efter noget tid. Så kan kroppen udskille det, eller det kan simpelthen indgå i kroppens stofskifte og blive brændt af i cellerne.

Inden for drug delivery arbejder forskerne på DTU med design af polymere partikler, som meget præcist kan sende medicin direkte derhen, hvor der er brug for den. Når partiklerne rammer det sygdomsbefængte sted, frigøres medicinen fra partiklerne (se grafikken herover).

Et andet forskningsområde inden for polymerer er at hjælpe biologer og læger med at afsløre, hvad der sker inde i en celle - for eksempel når et molekyle omsættes til noget andet. Når det sker, vil der være gang i en masse processer, og proteiner dannes og opløses. Kemikerne kan i dag opstille reaktionsligninger for mange af processerne, men de har generelt svært ved at sige noget kvantitativt om, hvad der sker og med hvilken hastighed.

Her kan Kristoffer Almdals forskning være med til at hjælpe. Han og hans kolleger har nemlig skabt en polymerpartikel af akrylamidgel og i den indbygget molekyler med fluorescens, der kan 'sladre om', hvad der sker inde i cellen (se grafik). Kristoffer Almdal tror, at man med tiden vil kunne hente andre kvantitative data ud af cellerne og dermed blive meget klogere på, hvad der foregår.

Den elektriske polymer

En af de virkelig interessante egenskaber ved polymerer blev i 2000 belønnet med nobelprisen i kemi. De tre forskere Allan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid og Hideki Shirakawa fik prisen for deres opdagelse af elektrisk ledende polymerer.

De gjorde opdagelsen ved at sætte monomerer sammen til polymerer i en rækkefølge, hvor der skiftes mellem enkelt- og dobbeltbindinger. Dermed kan en overskydende elektron 'vandre' hen over polymeren. Ved at tilsætte forskellige andre grundstoffer kan polymeren optræde som enten halvleder eller regulært elektrisk ledende.

Denne egenskab udnyttes allerede i to vidt forskellige produkter. Det ene er polymere solceller, hvor polymeren lægges på en overflade ved hjælp af en 'trykketeknik'. Endnu er effektiviteten af de polymere solceller lav og holdbarheden kort. Men materiale- og produktionsomkostninger er også lave i forhold til traditionelle siliciumsolceller.

Det andet sted er i de organiske lysdioder OLED. OLED-skærme ses allerede i mobiltelefoner og bærbare computere. Andre steder bruges de elektrisk ledende polymerer til at 'trykke' elektriske kredsløb, for eksempel til RFID-chips.

Linser og specielle overflader

For mange er nye kontaktlinser et fast morgenritual. Men hos nogle er hele øjets hornhinde ødelagt og eneste løsning er en transplantation. På det tyske Fraunhofer-institut har forskerne i stedet udviklet en kunstig hornhinde af polymer, som kan opereres ind i øjet. Den type polymer har længe været brugt til erstatning af øjets linse. Men hornhinden skal vokse sammen med det øvrige væv langs kanten, uden at der sætter sig celler i midten. Derfor bliver kanten af hornhinden behandlet med specielle polymerer og derefter tilsat et protein, som kan stimulere væksten.

Forskerne er kun lige begyndt på at udnytte polymerernes muligheder. I fremtiden kommer vi måske til at se kunstige nerver skabt af nerveceller, som vokser på polymerer, lette batterier med ekstrem kapacitet eller kemoterapi, som kun rammer kræftvæv.