La photo montre un polymère conçu par un chimiste du Massachusetts Institute of Technology qui est à la fois sensible à la lumière et commutable de manière réversible d'une grande structure à un objet bleu plus petit.
Des chercheurs de l'Institut de technologie du Massachusetts (MIT) ont conçu un matériau polymère qui change sa structure pour réagir à la lumière, en le transformant d'une substance dure en une substance flexible qui peut se guérir lorsqu'elle est endommagée.
Jeremiah Johnson, professeur agrégé de chimie à l'Institut de technologie du Massachusetts, est membre de l'Institut Koch de recherche sur le cancer intégratif du MIT et chef du groupe de recherche sur les polymères et les matières molles. "Vous pouvez changer l'état du matériau d'avant en arrière, et dans chaque état, même s'il est composé de la même composition, c'est comme un matériau complètement différent."
Johnson a suggéré que Ce matériau est constitué d'un polymère attaché à une molécule photoréceptrice pouvant être utilisée pour modifier les liaisons chimiques formées à l'intérieur du matériau. Bien que ce matériau puisse être utilisé pour revêtir des objets tels que des voitures ou des satellites, leur permettant de se soigner après des dommages, ces applications sont très éloignées dans le futur.
Yu Wei Gu, un étudiant diplômé du Massachusetts Institute of Technology, est le premier auteur de cet article, dont Eric Alt, étudiant au MIT, Adam Willard, professeur de chimie au Massachusetts Institute of Technology et à l'Université de South Florida. Heng Wang et Xiaopeng Li.
Un grand nombre des propriétés d'un polymère, telles que sa dureté et sa capacité d'expansion, dépendent de sa topologie, c'est-à-dire de la manière dont la composition du matériau est alignée. La balle en caoutchouc reste élastique et ne se fragilise pas sans changer sa composition chimique.
Dans cet article, Johnson et ses collègues veulent créer un matériau qui n’a jamais été vu auparavant et qui peut être inversé entre deux états topologiques différents: ils ont réalisé qu’ils avaient conçu un polymère il ya quelques années. Les polyMOC en matériau de cage en organo-métal, ce matériau est un candidat prometteur pour sa réalisation.Les polyMOC sont formés en connectant un métal à travers un polymère flexible pour former une structure de cage.
Les chercheurs ont fabriqué ces matériaux en mélangeant des polymères attachés à des groupes appelés ligands, qui peuvent se lier à des atomes métalliques. Chaque atome de métal (dans ce cas, le palladium métallique) peut être lié à quatre molécules de ligand pour former des amas de cages rigides ayant différents rapports moléculaires entre le palladium et le ligand.
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs envisagent de concevoir un matériau pouvant être inversé entre deux cages de tailles différentes: une avec 24 atomes de palladium et 48 ligands, une avec 3 atomes de palladium et 6 Molécules de ligand.
Pour atteindre cet objectif, ils ont incorporé une molécule photoactive appelée DTE dans le ligand, dont la taille est déterminée par l'angle de la liaison entre la molécule d'azote sur le ligand et le palladium. La formation d'un anneau dans le ligand augmente l'angle auquel l'azote se lie au palladium, ce qui provoque la rupture de l'amas et la formation de grappes plus grosses.
Lorsque les chercheurs émettent un feu vert sur le matériau, l'anneau est brisé, l'angle de liaison devient plus petit et des amas plus petits se forment, ce qui prend environ cinq heures. Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient effectuer sept inversions: à chaque inversion, il y avait toujours une petite partie du polymère qui ne pouvait pas être inversée, ce qui conduisait finalement à la séparation du matériau.
Quand le matériau est dans un petit état de grappe, il est 10 fois plus dynamique et plus dynamique dans des conditions normales Johnson dit: «Ils peuvent couler lorsqu'ils sont chauffés, ce qui signifie que vous pouvez les couper et dans des conditions de chauffage doux. Auto-guérison.
Cette approche surmonte le problème qui se pose généralement avec les matériaux auto-cicatrisants, c’est-à-dire qu’ils ont tendance à avoir une structure relativement faible. Dans ce cas, le matériau peut être commuté entre un état d'auto-guérison plus doux et un état plus rigide.
Dans cette étude, Les chercheurs utilisent le polymère polyéthylène glycol (PEG) pour fabriquer des matériaux qui, selon eux, peuvent être utilisés avec n'importe quel type de polymère. Les applications potentielles comprennent les matériaux auto-cicatrisants et, bien que cette méthode soit largement utilisée, le palladium, un métal rare et coûteux, doit être remplacé par une alternative moins chère.
"Tout matériau en plastique ou en caoutchouc peut être réparé s'il est endommagé", a déclaré Johnson. "Vous n'avez pas à le jeter. Peut-être que cette méthode donnera au matériau une plus longue vie."
Une autre application possible de ces matériaux est l’administration de médicaments: M. Johnson pense qu’il est possible d’encapsuler le médicament dans une structure de cage plus grande et de l’exposer à la lumière verte pour l’ouvrir et le libérer. Capturé, fournissant une nouvelle méthode pour la livraison de médicaments réversible.
Les chercheurs travaillent également à la création de matériaux qui se transforment de manière solide du solide au liquide et utilisent la lumière pour créer un motif souple et rigide dans le même matériau.