На рисунке показан полимер, разработанный химиком в Массачусетском технологическом институте, который является светочувствительным и обратимо переключается с большой структуры на меньший синий объект.
Исследователи из Массачусетского технологического института (Массачусетский технологический институт) разработали полимерный материал, который изменяет его структуру, чтобы реагировать на свет, превращая его из твердого вещества в гибкое вещество, которое может излечить себя при повреждении.
Джеремиа Джонсон, адъюнкт-профессор химии Массачусетского технологического института, является членом Института исследований интегративных онкологических заболеваний Массачусетского технологического института (MIT) и лидера исследовательской группы проекта «Полимер и мягкая материя». Он сказал: «Вы можете переключать состояние материала вперед и назад, и в каждом состоянии, даже если оно состоит из одного и того же состава, это похоже на совершенно другой материал».
Джонсон предложил Этот материал состоит из полимера, присоединенного к молекуле фоторецептора, который может быть использован для изменения химических связей, образующихся внутри материала. Хотя этот материал можно использовать для покрытия таких предметов, как автомобили или спутники, позволяющие им заживать после повреждения, эти приложения находятся далеко в будущем.
Первым автором статьи, опубликованной в Nature, является Юй Вэй Гу, аспирант Массачусетского технологического института. Другие авторы: Эрик Альт, аспирант Массачусетского технологического института, Адам Уиллард, доцент кафедры химии Массачусетского технологического института и Университет Южной Флориды. Хэн Ван и Сяопина Ли.
Многие свойства полимера, такие как его твердость и емкость расширения, определяются его топологией, то есть как состав материала выравнивается. Как правило, после образования материала его топология не может быть обратимо изменена. Резиновый шар остается эластичным и не становится хрупким, без изменения его химического состава.
В этой статье Джонсон и его коллеги хотят создать материал, который никогда не был замечен раньше, который может быть обратимо переключен между двумя различными топологическими состояниями. Они понимают, что они разработали полимер несколько лет назад. Металлоорганический материал polyMOCs, этот материал является перспективным кандидатом для его реализации. ПолиМоки формируются путем соединения металла через гибкий полимер с образованием структуры клетки.
Исследователи сделали эти материалы смешением полимеров, присоединенных к группам, называемым лигандами, которые могут связываться с атомами металла. Каждый атом металла (в данном случае металлический палладий) может быть связан с четырьмя молекулами лигандов с образованием жестких кластеров клеток с различными молекулярными отношениями палладия и лиганда, которые определяют размер кластеров клеток.
В этом новом исследовании исследователи планируют разработать материал, который может быть обратимо переключен между двумя клетками разного размера: один с 24 атомами палладия и 48 лигандами, один с 3 атомами палладия и 6 Молекулы Лиганда.
Для достижения этой цели они включали фотоактивную молекулу, называемую DTE, в лиганд. Размер клетки определяется углом связи между молекулой азота на лиганде и палладием. Когда DTE подвергается воздействию ультрафиолетового излучения, Формирование кольца в лиганде увеличивает угол, при котором азот связывается с палладием. Это приводит к разрыву кластера и образованию более крупных кластеров.
Когда исследователи излучают зеленый свет на материал, кольцо разрушается, угол связи становится меньше, и образуются меньшие кластеры. Этот процесс занимает около пяти часов. Исследователи обнаружили, что они могут выполнять семь разворотов. При каждом обращении всегда была небольшая часть полимера, которая не могла быть отменена, что в конечном итоге привело к разделению материала.
Когда материал находится в небольшом кластерном состоянии, он в 10 раз более динамичен и более динамичен в нормальных условиях. Джонсон говорит: «Они могут течь при нагревании, что означает, что вы можете их отрезать и в условиях умеренного нагрева Самовосстановление.
Этот подход преодолевает проблему, которая обычно возникает с материалами самовосстановления, то есть они имеют тенденцию быть относительно слабыми по структуре. В этом случае материал может переключаться между более мягким состоянием самовосстановления и более жестким состоянием.
В этом исследовании, Исследователи используют полимерный полиэтиленгликоль (ПЭГ) для изготовления материалов, которые, по их мнению, могут быть использованы с любым типом полимера. Потенциальные применения включают самовосстанавливающиеся материалы, и хотя этот метод широко используется, палладий, редкий и дорогой металл, должен быть заменен более дешевой альтернативой.
«Все, что сделано из пластмассы или резины, может быть отремонтировано, если оно повреждено, - сказал Джонсон, - вам не нужно его бросать. Возможно, этот метод даст материалу более долгий срок службы».
Другое возможное применение этих материалов - доставка лекарств. Джонсон считает, что можно инкапсулировать препарат в более крупную клетчатую структуру, а затем выставить его на зеленый свет, чтобы открыть его и высвободить. Применение зеленого света также может повторить действие препарата. Захвачено, обеспечивая новый метод для обратимой доставки лекарств.
Исследователи также работают над созданием материалов, которые обратимо превращаются из твердых в жидкие, и используют свет для создания гибкого и жесткого рисунка в одном материале.