تظهر الصورة بوليمرًا صممه كيميائي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهو حساس للضوء وقابل للتحويل من بنية كبيرة إلى جسم أزرق أصغر.
صمم الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) مادة البوليمر التي تغير هيكلها للاستجابة للضوء ، وتحويلها من مادة صلبة إلى مادة مرنة يمكن أن تشفي نفسها عند تلفها.
جيرميا جونسون ، أستاذ الكيمياء المساعد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهو عضو في معهد كوتش للأبحاث التكاملية لأبحاث السرطان ، وزعيم مجموعة أبحاث مشروع البوليمرات والمواد الخفيفة. "يمكنك تبديل حالة المادة ذهابًا وإيابًا ، وفي كل حالة ، حتى لو كانت تتكون من نفس التركيب ، فإنها تشبه مادة مختلفة تمامًا."
اقترح جونسون ذلك ويرد مثل مادة البوليمر لتكوين حساس للجزيء، هذا الجزيء يمكن استخدامها لتغيير الروابط الكيميائية للمواد الداخل. وفي حين أن هذه المواد يمكن أن تستخدم مثل سيارة أو الأقمار الصناعية المغلفة الكائن، بحيث يمكن أن تتلف بعد الشفاء، ولكن هذه هي الآن في تطبيقها في المستقبل.
المؤلف الأول للدراسة نشرت في مجلة "الطبيعة" من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طلاب الدراسات العليا يووي قو. مؤلفون آخرون، وكذلك معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طلاب الدراسات العليا اريك البديل، أستاذ مساعد في الكيمياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا آدم ويلارد، جامعة ساوث فلوريدا وهنغ انغ شياو بنغ لي.
العديد من خواص البوليمر ، مثل صلابة وسعة التوسع ، تحكمها طبقته ، أي كيف تتم محاذاة تركيبة المادة ، عادة ، بمجرد تكوين المادة ، لا يمكن تغيير طبقته بشكل عكسي. تبقى الكرة المطاطية مرنة ولا تصبح هشة دون تغيير تركيبتها الكيميائية.
في هذه المقالة ، يريد جونسون وزملاؤه أن يصنعوا مادة لم يسبق رؤيتها من قبل ، والتي يمكن تبديلها بطريقة عكسية بين دولتين طبقتين مختلفتين ، وهم يدركون أنهم صمموا بوليمرًا منذ بضع سنوات. مادة polyMOCs ذات القفص المعدني ، هذه المادة هي مرشح واعد لتحقيقها. تتكون PolyMOCs عن طريق توصيل المعدن من خلال بوليمر مرن لتشكيل هيكل القفص.
قام الباحثون بتصنيع هذه المواد عن طريق خلط البوليمرات المرتبطة بالمجموعات التي تسمى ligands ، والتي يمكن أن ترتبط بذرات المعدن. يمكن ربط كل ذرة معادن (في هذه الحالة ، البلاديوم المعدني) بأربعة جزيئات من الربيطة لتكوين كتل قفص جامدة مع البلاديوم مختلفة إلى نسب جزيئية ليجندية ، وهذه النسب تحدد حجم كتل القفص.
في هذه الدراسة الجديدة ، يخطط الباحثون لتصميم مادة يمكن تحويلها بطريقة عكسية بين أقفاص ذات أحجام مختلفة: واحد مع 24 ذرة البلاديوم و 48 رابطة ، واحد مع 3 ذرات البلاديوم و 6 يجند جزيئات.
ولتحقيق هذا الهدف، فإنها سوف يطلق DTE يجند جزيء حساس في. زاوية قوته السندات التي شكلتها جزيئات قفص من النيتروجين على يجند لقرار البلاديوم DTE عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية، و شكلت في حلقات يجند، مما يزيد من النيتروجين زاوية المستعبدين من البلاديوم. وهذا يتيح مجموعات لتشكيل مجموعات أكبر وتمزق.
وعندما اخذ الباحثون في المواد التي ينبعث الضوء الأخضر، يتم كسر حلقة، زاوية السندات تصبح صغيرة، كتل أصغر شكلت حديثا. وتستغرق العملية حوالي خمس ساعات كاملة، ووجد الباحثون أنه يمكن عكس سبع مرات. كل انعكاس الوقت، وهناك دائما جزء صغير من البوليمر لا يمكن التراجع عنه، مما أدى إلى الانفصال المادي.
عندما تكون المادة في حالة عنقودية صغيرة ، تكون أكثر ديناميكية بمقدار 10 مرات وأكثر ديناميكية في ظل الظروف العادية ، ويقول جونسون: "يمكن أن تتدفق عند تسخينها ، مما يعني أنه يمكنك قطعها وفي ظروف تدفئة معتدلة الشفاء الذاتي.
يتغلب هذا النهج على المشكلة التي تحدث عادة مع مواد الشفاء الذاتي ، أي أنها تميل إلى أن تكون ضعيفة نسبيًا في البنية. في هذه الحالة ، يمكن تبديل المادة بين حالة شفاء ذاتي أكثر ليونة وحالة أكثر صرامة.
في هذه الدراسة ، يستخدم الباحثون البولي إيثيلين جلايكول (PEG) لصنع المواد التي يعتقدون أنها يمكن استخدامها مع أي نوع من البوليمر. تتضمن التطبيقات المحتملة مواد شفاء ذاتي ، وعلى الرغم من استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع ، يجب استبدال البلاديوم ، وهو معدن نادر وغالي الثمن ، بديلاً أرخص.
وقال جونسون "أي شيء مصنوع من البلاستيك أو المطاط يمكن اصلاحه في حالة تلفه. لا يتعين عليك التخلص منه. ربما تعطي هذه الطريقة المادة حياة أطول."
تطبيق آخر محتمل لهذه المواد هو توصيل الدواء ، ويعتقد جونسون أنه من الممكن تغليف الدواء في هيكل أكبر للأقفاص ومن ثم تعريضه للضوء الأخضر لفتحه وإطلاقه ، كما أن تطبيق الضوء الأخضر يمكن أيضًا أن يعيد عمل الدواء. تم التقاطها ، وتوفير طريقة جديدة لتسليم المخدرات عكسها.
ويعمل الباحثون أيضًا على إنشاء مواد قابلة للتحول من الصلب إلى السائل ، واستخدام الضوء لإنشاء نمط مرن وصلب داخل نفس المادة.