ภาพแสดงพอลิเมอร์ที่ออกแบบโดยนักเคมีที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ซึ่งมีทั้งความไวต่อแสงและสลับจากโครงสร้างขนาดใหญ่ไปเป็นวัตถุสีฟ้าที่เล็กกว่า
นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้ออกแบบวัสดุโพลีเมอร์ที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเพื่อตอบสนองต่อแสงเปลี่ยนจากสารแข็งเป็นสารยืดหยุ่นที่สามารถรักษาตัวเองได้เมื่อได้รับความเสียหาย
เจเรเมียห์จอห์นสันรองศาสตราจารย์วิชาเคมีที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์เป็นสมาชิกของสถาบัน Koch สถาบันวิจัยมะเร็งผสมผสานของ MIT และเป็นผู้นำของกลุ่มวิจัยโครงการโพลิเมอร์และโครงการเรื่องสำคัญเรื่อง Soft Matter เขากล่าวว่า " คุณสามารถเปลี่ยนสถานะของวัสดุไปมาและในแต่ละรัฐแม้ว่าจะประกอบด้วยองค์ประกอบเดียวกันก็เหมือนวัสดุที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง
Johnson แนะนำว่า วัสดุนี้ประกอบด้วยพอลิเมอร์ที่ยึดติดกับโมเลกุลรับแสงซึ่งสามารถใช้ในการเปลี่ยนพันธะเคมีที่เกิดขึ้นภายในวัสดุ ถึงแม้ว่าวัสดุนี้สามารถใช้ในการเคลือบสิ่งของต่างๆเช่นรถยนต์หรือดาวเทียมได้ช่วยให้พวกเขาสามารถรักษาหลังจากเกิดความเสียหายโปรแกรมเหล่านี้จะห่างไกลในอนาคต
ผู้เขียนคนแรกของบทความที่ตีพิมพ์ใน Nature คือ Yu Wei Gu นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจาก Massachusetts Institute of Technology ผู้เขียนอื่น ๆ ได้แก่ Eric Alt นักศึกษาปริญญาโทสาขา MIT จาก Adam Willard ผู้ช่วยศาสตราจารย์วิชาเคมีที่ Massachusetts Institute of Technology และ University of South Florida Heng Wang และ Xiaopeng Li
คุณสมบัติต่างๆของพอลิเมอร์เช่นความแข็งและความสามารถในการขยายตัวจะถูกควบคุมโดยโทโพโลยีนั่นคือองค์ประกอบของวัสดุที่จัดอยู่ในแนวเดียวกันโดยปกติเมื่อวัสดุถูกสร้างขึ้นโครงสร้างของพิกัดจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ลูกยางยังคงความยืดหยุ่นและไม่เปราะโดยไม่เปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมี
ในบทความนี้จอห์นสันและเพื่อนร่วมงานของเขาต้องการที่จะสร้างวัสดุที่ไม่เคยเห็นมาก่อนซึ่งสามารถเปลี่ยนกลับได้ระหว่างสองรัฐ topological ที่แตกต่างกันพวกเขาตระหนักว่าพวกเขาได้ออกแบบพอลิเมอไม่กี่ปีที่ผ่านมา วัสดุโพลีเมอร์ที่ทำจากวัสดุโลหะกรงวัสดุนี้เป็นผู้สมัครที่มีแนวโน้มในการนำมาใช้ PolyMOCs เกิดขึ้นจากการเชื่อมโลหะผ่านพอลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นเพื่อสร้างโครงสร้างกรง
นักวิจัยโดยการผสมโพลีเมอยึดติดในกลุ่มที่เรียกว่าแกนด์การผลิตวัสดุเหล่านี้กลุ่มคนเหล่านี้อาจจะถูกผูกมัดกับอะตอมโลหะ แต่ละอะตอมโลหะ (ในกรณีนี้มักจะแพลเลเดียมโลหะ) อาจจะเกี่ยวข้องกับสี่แกนด์พันธะโมเลกุลแบบแข็งกลุ่มกรงเหมือนมีสัดส่วนที่แตกต่างกันของโมเลกุลแพลเลเดียมและแกนด์ได้. อัตราส่วนกำหนดขนาดของกลุ่มกรงเหมือน
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้นักวิจัยได้พิจารณาวัสดุที่สามารถเปลี่ยนพลิกกลับระหว่างสองกลุ่มเหมือนกรงที่มีขนาดแตกต่างกัน: 24 อะตอมของแพลเลเดียมและแกนด์มี 48 มีสามอะตอมของแพลเลเดียมและ 6 โมเลกุลแกนด์
เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้พวกเขารวมโมเลกุล photoactive ที่เรียกว่า DTE ในแกนด์ขนาดของกรงถูกกำหนดโดยมุมของพันธะระหว่างโมเลกุลไนโตรเจนกับแกนด์และแพลเลเดียมเมื่อ DTE ถูกแสงอัลตราไวโอเลต การขึ้นรูปวงแหวนในแกนด์จะเพิ่มมุมที่ไนโตรเจนจะเกาะติดกับแพลเลเดียมซึ่งจะทำให้กระจุกที่แตกออกเป็นกลุ่มและใหญ่ขึ้น
เมื่อนักวิจัยเปล่งแสงสีเขียวบนวัสดุแหวนจะหักมุมพันธบัตรจะเล็กลงและมีกลุ่มเล็ก ๆ ขึ้นกระบวนการนี้ใช้เวลาประมาณห้าชั่วโมงจึงจะเสร็จสมบูรณ์ นักวิจัยพบว่าพวกเขาสามารถทำการพลิกผันได้เจ็ดครั้งในแต่ละการพลิกกลับมีส่วนเล็ก ๆ ของพอลิเมอร์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในที่สุดนำไปสู่การแยกวัสดุ
เมื่อวัสดุอยู่ในสถานะของคลัสเตอร์แบบเล็ก ๆ จะมีความไดนามิกสูงกว่าพลวัตถึง 10 เท่าภายใต้สภาวะปกติจอห์นสันกล่าวว่าพวกเขาสามารถไหลเมื่อถูกความร้อนซึ่งหมายความว่าคุณสามารถตัดมันและในสภาวะความร้อนที่ไม่รุนแรง การรักษาตนเอง
วิธีนี้จะเอาชนะปัญหาที่มักเกิดขึ้นกับวัสดุบำบัดด้วยตนเองนั่นคือพวกเขามักจะมีโครงสร้างที่ค่อนข้างอ่อนแอ ในกรณีนี้สามารถเปลี่ยนวัสดุระหว่างสถานะการเยียวยาที่นุ่มนวลและสถานะเข้มงวดมากขึ้น
ในการศึกษานี้ดร. นักวิจัยใช้พอลิเมอร์พอลิเอธิลีนไกลคอล (PEG) เพื่อทำวัสดุที่พวกเขาเชื่อว่าสามารถนำมาใช้กับพอลิเมอร์ชนิดใดก็ได้ การใช้งานที่อาจเกิดขึ้นรวมถึงวัสดุบำบัดด้วยตนเองและแม้ว่าวิธีการนี้จะมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย palladium เป็นโลหะที่หายากและมีราคาแพงต้องถูกแทนที่ด้วยทางเลือกที่ถูกกว่า
"สิ่งที่ทำจากพลาสติกหรือยางสามารถซ่อมแซมได้หากได้รับความเสียหาย" จอห์นสันกล่าว "คุณไม่ต้องทิ้งมันไปบางทีวิธีนี้จะทำให้วัสดุมีอายุยืนยาวขึ้น"
อีกทางหนึ่งสำหรับวัสดุเหล่านี้คือการนำส่งยาจอห์นสันเชื่อว่ามีความเป็นไปได้ที่จะห่อหุ้มยาในโครงสร้างกรงขนาดใหญ่และปล่อยให้แสงสีเขียวเปิดและปล่อยทิ้งไปการใช้แสงสีเขียวสามารถทำยาใหม่ได้ จับได้ซึ่งเป็นวิธีการใหม่ในการจัดส่งยาแบบย้อนกลับ
นักวิจัยยังทำงานเพื่อสร้างวัสดุที่เปลี่ยนกลับไปกลับมาจากของแข็งไปเป็นของเหลวและใช้แสงเพื่อสร้างลวดลายที่มีความยืดหยุ่นและแข็งภายในวัสดุเดียวกัน