A imagem mostra um polímero projetado por um químico do Massachusetts Institute of Technology, que é sensível à luz e reversível, de uma estrutura grande para um objeto azul menor.
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) projetaram um material polimérico que muda sua estrutura para responder à luz, transformando-a de uma substância dura em uma substância flexível que pode se curar quando danificada.
Jeremiah Johnson, professor associado de química no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, é membro do Instituto Koch de Pesquisa Integrativa sobre o Câncer do MIT e líder do Grupo de Pesquisa do Projeto Polímero e Soft Matter. "Você pode mudar o estado do material para trás e para frente, e em cada estado, mesmo que ele consista na mesma composição, é como um material completamente diferente."
Johnson sugeriu que Este material consiste em um polímero ligado a uma molécula fotorreceptora que pode ser usado para alterar as ligações químicas formadas dentro do material. Embora este material possa ser usado para revestir objetos como carros ou satélites, permitindo que eles se recuperem após danos, esses aplicativos estão longe no futuro.
O primeiro autor do artigo publicado na Nature é Yu Wei Gu, um estudante de pós-graduação do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.Outros autores incluem Eric Alt, estudante de pós-graduação do MIT, Adam Willard, professor assistente de química do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e da Universidade do Sul da Flórida. Heng Wang e Xiaopeng Li.
Muitas das propriedades de um polímero, como sua dureza e capacidade de expansão, são governadas por sua topologia, ou seja, como a composição do material é alinhada.Tipicamente, uma vez que o material é formado, sua topologia não pode ser alterada reversivelmente. A bola de borracha permanece elástica e não se torna frágil sem alterar sua composição química.
Neste artigo, Johnson e seus colegas querem criar um material que nunca foi visto antes, que pode ser alternado de maneira reversível entre dois estados topológicos diferentes, e eles perceberam que projetaram um polímero há alguns anos. Material de gaiola metalorgânica polyMOCs, este material é um candidato promissor para a sua realização.Os PolyMOCs são formados conectando um metal através de um polímero flexível para formar uma estrutura de gaiola.
Os pesquisadores fizeram esses materiais misturando polímeros ligados a grupos chamados ligantes, que podem se ligar a átomos de metal. Cada átomo de metal (neste caso, metal paládio) pode ser ligado a quatro moléculas de ligantes para formar agregados de gaiolas rígidas com diferentes proporções moleculares de paládio para ligante.Estas proporções determinam o tamanho dos aglomerados de gaiola.
Neste novo estudo, os pesquisadores planejam projetar um material que possa ser reversivelmente alternado entre duas gaiolas de diferentes tamanhos: uma com 24 átomos de paládio e 48 ligantes, um com 3 átomos de paládio e 6 Moléculas de ligando.
Para alcançar este objetivo, eles incorporaram uma molécula fotoativa chamada DTE no ligante.O tamanho da gaiola é determinado pelo ângulo da ligação entre a molécula de nitrogênio no ligante e paládio.Quando o DTE é exposto à luz ultravioleta, A formação de um anel no ligante aumenta o ângulo em que o nitrogênio se liga ao paládio, fazendo com que o cluster se rompa e forme aglomerados maiores.
Quando os pesquisadores emitem luz verde no material, o anel é quebrado, o ângulo de ligação se torna menor e formam-se aglomerados menores, o que leva cerca de cinco horas para ser concluído. Os pesquisadores descobriram que eles poderiam realizar sete reversões.Em cada reversão, sempre havia uma pequena porção do polímero que não podia ser revertida, levando à separação do material.
Quando o material está em um pequeno estado de cluster, ele é 10 vezes mais dinâmico e mais dinâmico sob condições normais.Johnson diz: 'Eles podem fluir quando aquecidos, o que significa que você pode cortá-los e em condições de aquecimento moderadas. Auto-cura.
Essa abordagem supera o problema que geralmente ocorre com materiais de autocura, ou seja, eles tendem a ser relativamente fracos na estrutura. Nesse caso, o material pode ser alternado entre um estado de autocura mais suave e um estado mais rígido.
Neste estudo, Pesquisadores usam polietilenoglicol (PEG) polimérico para fazer materiais que eles acreditam que podem ser usados com qualquer tipo de polímero. As aplicações potenciais incluem materiais de auto-cura, e embora este método seja amplamente utilizado, o paládio, um metal raro e caro, deve ser substituído por uma alternativa mais barata.
"Qualquer coisa feita de plástico ou borracha pode ser reparada se estiver danificada", disse Johnson. "Você não precisa jogá-la fora. Talvez esse método dê ao material uma vida mais longa".
Outra aplicação possível para esses materiais é a entrega de medicamentos, e acredita-se que é possível encapsular a droga em uma estrutura maior e depois expô-la à luz verde para abri-la e liberá-la.A aplicação da luz verde também pode refazer a droga. Capturado, fornecendo um novo método para entrega reversível de medicamentos.
Os pesquisadores também estão trabalhando para criar materiais que se transformam reversivelmente de sólido para líquido, e usam a luz para criar um padrão flexível e rígido dentro do mesmo material.