Ugelstadkuler er mikrokopiske monodisperse polymerpartikler, det vil si sfæriske partikler/kuler, på typisk 0,001–0,1 mm, som er nøyaktig like store. Dette gir kulene konsistente fysikalske og kjemiske egenskaper, noe som gjør dem svært nyttige i en rekke anvendelser. Kulene kan også gjøres magnetiske.

Ugelstadkulene brukes mye innen medisin, for eksempel innen diagnostikk og kreftbehandling, men også innen kromatografi, i LCD-skjermer og som tilsetningsstoff i maling, kosmetikk og plast.

Kilder:

• Ugelstad-kuler – Store medisinske leksikon
• Ugelstad-kuler – Wikipedia

Da John Ugelstad i 1956 tiltrådte som dosent ved instituttet startet han umiddelbart opp undervisning og forskning innen fagområdene kinetikk og katalyse og høypolymere kunststoffer. I de første 10 årene var han særlig opptatt av kinetikk og katalyse i homogene systemer. Han ledet en gruppe som studerte løsningsmiddelets effekt på hastighet av organiske reaksjoner, teoretisk såvel som eksperimentelt.

Samarbeid med Dyno Industrier

Med bakgrunn i sitt dr.grads arbeide fra Nederland startet Ugelstad sin forsknings-karriere ved Institutt for Industriell kjemi med en videreføring av kinetiske undersøkelser av amid-formaldehydforbindelser. På den tid var norsk sponplateindustri i sin spede begynnelse, og limprodusenten Dyno Industrier (dengang Norsk Sprængstofindustri) startet et nært og langsiktig samarbeid med Ugelstad. Dette ledet til at Ugelstad etablerte en forskningsgruppe, Polymergruppen, organisert under SINTEF Teknisk kjemi. Det faglige samarbeide med SINTEF, som i første rekke tok for seg industrielt rettede prosjekter, skulle vise seg å utvikle seg svært positivt.

Med mål om å utvikle og kvalitetssikre produksjon av bindemidler basert på urea-formaldehyd ble det ved instituttet satt igang omfattende reaksjonskinetiske studier både med modellforbindelser og med praktiske limkok. På grunnlag av kinetiske data ble det utarbeidet detaljerte våtveisanalyser til fabrikk-laboratoriet på Lillestrøm, og det var et tett samarbeid med Dyno omkring utvikling av nye produkter. Forskningsaktiviteten mot Dyno ble senere utvidetet med ureabaserte lakkharpikser, og på slutten av 60-tallet kom en i gang med melamin-formaldehyd og dernest fenolformaldehyd produkter. På slutten av 70-tallet ble det sammen med Dyno gjennomført et større prosjekt omkring avspalting av formaldehyd fra sponplater. Det ble utviklet en teoretisk modell og en praktisk analytisk laboratoriemetode som viste god overensstemmelse med tester i stor skala. Etter dette ble aktiviteten på området amino-og fenolharpikser trappet ned. Dyno fremstilte sin formaldehyd ved oksidasjon av metanol, og ved instituttet ble det i 1960-årene foretatt omfattende kinetiske undersøkelser og optimalisering av denne prosessen.

Samarbeid med Norsk Hydro

Norsk Hydro hadde fra 1950 av fremstilt PVC ved emulsjonspolymerisasjon av vinyl-klorid, basert på en eldre tysk prosess. Etter noen år gjorde konkurranse fra utlandet det nødvendig å forbedre produktet, og på slutten av 50-tallet ble et PVC prosjekt startet ved det nyopprettede forskningssenteret ved Norsk Hydro. I 1962 initierte så Hydro et 1-årig delprosjekt (om initiatordekomposisjon ) på SINTEF, der Ugelstad deltok som konsulent

Studieåret 1964/65 hadde Ugelstad sabbatsår. Han var etterhvert blitt meget interessert i problemstillingene rundt emulsjonspolymerisasjon av vinylklorid. Til tross for at denne prosess sto for en vesentlig del av verdens produksjon av pasta-PVC, var det fremdeles store hull i kunnskapene om prosessens kinetikk og mekanismer, noe som åpenbart var en hemsko for den videre utvikling og forbedring av prosessen. Etter en del om og men relatert til know-how problematikken inviterte Norsk Hydro ham til å tilbringe friåret ved forskningslaboratoriet på Herøya. der han sammen med lederen av forskningsgruppen på PVC, Per Rangnes, skulle gå nærmere inn i problematikken rundt emulsjonspolymerisasjon av vinylklorid. Ugelstads opphold ved Norsk Hydro skulle vise seg å bli meget fruktbart. Ikke bare ledet det til et meget nært forskningssamarbeid mellom Hydro og Institutt for industriell kjemi og SINTEF i årene fremover, det førte til nye grunnleggende teorier for kinetikken ved emulsjonspolymerisasjon og klarlegging av vesentlige sider ved mekanismen. Det kom til å bidra til helt nye metoder for fremstilling av emulsjons - PVC og sist men ikke minst, det kom til å gjøre Ugelstad og Institutt for industriell kjemi internasjonalt kjent og anerkjent.

Da Ugelstad høsten 1965 returnerte til NTH hadde han med seg et NTNF finansiert prosjekt på ”Emulsjonspolymerisasjon av vinylklorid”, i nært samarbeid med Hydro. Prosjektet som varte i fire år, ble ledet av Preben Mørk og førte til vesentlige nyvinninger innen kinetikk, oksygen-problematikk og red-ox initiering ved emulsjonspolymerisasjon.

Aktiviteten på feltet emulsjonspolymerisasjon med studier av kinetikk og mekanismer samt studier av stabilitet av olje i vann emulsjoner fortsatte for fullt på 70-tallet. De monomersystemer som ble undersøkt omfattet foruten vinylklorid, styren og akrylater. Det ble kjørt en rekke industrisamarbeidsprosjekter i SINTEF regi mot Dyno Industrier og Norsk Hydro.

Et "spin-off" av arbeidene med emulsjoner var utviklingen av en rekke nye metoder, f.eks. den såkalte miniemulsjonsteknikk med initiering i monomerdråper. Likeledes ble flere metoder for partikkelfremstilling, metoder som er basert på prinsippet om aktivert svelling, utarbeidet og patentert. Praktisk kom de nye prinsippene først til nytte ved utvikling av en ny prosess for fremstilling av pasta PVC, en metode som ble tatt i bruk ved Norsk Hydro. Prosessen ble først utviklet i samarbeid med Kema Nord da Hydro sa fra seg førsteretten, men teknologien ble senere overført ved fusjonen mellom de to firmaer.

Fremstilling av monodisperse polymerpartikler

Teoretisk kunne økede svelleegenskaper til dråper/polymerpartikler forklares og beregnes fra allerede eksisterende likninger, men alle hadde til da oversett små detaljer som Ugelstad påviste kunne få dramatiske effekter. Dette ga grunnlaget for Ugelstads revolusjonerende metode (1977) for fremstilling av monodisperse polymerpartikler eller Ugelstadkuler som de ofte betegnes i daglig tale. Kulene ble utviklet i nært samarbeid med Arvid Berge (som senere ble professor ved IKP) og Turid Ellingsen som var forsker ved SINTEF.

Med denne oppfinnelse, som forøvrig tok luven av NASAs sofistikerte eksperimenter med partikkelfremstilling i romfartøy, kom John Ugelstad og forskningsgruppen rundt ham for alvor i det internasjonale rampelys, og dette bidro til å bringe norsk forskning fram i første front. Spesielt viktig i denne sammenheng er også en unik tilleggsoppfinnelse hvorved monodisperse partikler kan gjøres super-paramagnetiske eller magnetiserbare. Dyno Industrier fikk fra starten eksklusive lisensrettigheter til å forestå produksjon av monodisperse partikler.

Gjennom et samarbeid med svenske Pharmacia ble det tidlig satt i gang utvikling av spesialpartikler for separasjon av biologiske komponenter, og kromatografipartikler som de såkalte MonoBeads og Source kom på markedet. For utvikling og markedsføring av magnetiske partikler inngikk Dyno et "joint venture" med Apothekernes Laboratorium. Det ble innledet et bredt samarbeid både med nasjonal og internasjonal medisinsk ekspertise, og dette skulle bli et godt eksempel på en meget vellykket tverrfaglig virksomhet.

Monodisperse partikler har fått mange anvendelser innen teknikk og medisin. De viktigste er som separasjonsmedier/kolonnematerialer i ulike former for kromatografi, og i form av magnetiske partikler innen medisinsk forskning og behandling, nærmere bestemt til immuno-magnetisk separasjon ved bl.a. behandling av kreft, vevstyping, aidsforskning, isolering av bakterier, DNA teknologi. Det ble skapt ny norsk industri.

Den omfattende forskning på monodisperse partikler, som pågikk i mer enn 20 år ved instituttet, ble gjennomført i nært samarbeid med Polymergruppen ved SINTEF Kjemi. To områder stod sentralt i utviklingsarbeidet, nemlig makroporøse partikler for kromatografi og magnetiske partikler for immunomagnetisk separasjon.

Kilde: Hefte:  "Institutt for industriell kjemi 50 år 1949-1999"