کد : ١٣۶٠١
تاریخ انتشار : ١٣٩٧/٠۵/١٧
بازدید : ١۴۶

پلیمر های کنترل شونده با نور با استحکام و نرمی متغیر


محققان MIT یک ماده پلیمری را طراحی کرده اند که می تواند ساختارش را در پاسخ به نور تغییر دهد، و از یک ماده سفت تر به یک ماده نرمتر تبدیل می شود که زمانی که آسیب ببیند میتواند خودش را ترمیم کند.


پلیمر های کنترل شونده با نور با استحکام و نرمی متغیر
محققان MIT یک ماده پلیمری را طراحی کرده اند که می تواند ساختارش را در پاسخ به نور تغییر دهد، و از یک ماده سفت تر به یک ماده  نرمتر تبدیل می شود که زمانی که آسیب ببیند میتواند خودش را ترمیم کند

Jeremiah Johnson
استاد دانشکده شیمی MIT میگوید:"شما میتوانید حالت های ماده را به عقب و جلو تغییر دهید.در هر یک ازین حالت ها ماده به طوری رفتار میکند که یک ماده کاملا متفاوت بوده ،حتی اگر از اجزای متفاوتی ساخته شده باشد."

این ماده شامل پلیمرهایی است که به یک مولکول حساس به نور متصل شده اند که می توان از آنها برای تغییر پیوندهای تشکیل شده در مواد استفاده کرد. جانسون می گوید: "از این مواد می توان برای بدنه  اشیاء مانند اتومبیل ها یا ماهواره ها استفاده کرد، که پس از آسیب رسیدن به آنها توانایی بهبودی را به اشیا می دهد."

ساختار کنترل شده

بسیاری از خواص پلیمرها، مانند سختی و توانایی آنها برای گسترش، توسط توپولوژی آنها کنترل می شود و چگونگی تشکیل اجزاء مواد. معمولا هنگامی که یک ماده تشکیل می شود، توپولوژی آن نمی تواند بطور برگشت پذیر تغییر کند. به عنوان مثال، یک توپ لاستیکی الاستیک باقی می ماند و بدون تغییر ترکیب شیمیایی آن، شکننده نمی شود.

در این مقاله، محققان می خواستند یک ماده ایجاد کنند که می تواند به طور برگشت پذیر بین دو حالت توپولوژیکی مختلف تغییر کند، که قبلا انجام نشده است.

جانسون و همکارانش متوجه شدند که نوعی از مواد که چند سال پیش طراحی شده بودند، شناخته شده به عنوان قفس فلز فلزات آلی و یا polyMOCs، گزینه ی امیدوار کننده برای این روش بود. PolyMOCs شامل ساختارهای حاوی فلزی، مانند ساختارهای پلیمری انعطاف پذیر است. محققان این مواد را با مخلوط کردن پلیمرهای متصل به گروه های به نام لیگاندها، که می توانند به یک اتم فلزی متصل شوند، ایجاد کردند.

هر اتم فلزی- در این مورد، پالادیوم -می تواند باند هایی با چهار مولکول لیگاند ایجاد کند، و خوشه هایی مانند قفسه سفت و سخت با نسبت های مختلف مولکول های پالادیوم به لیگاند ایجاد می کنند. این نسبت ها اندازه قفس را تعیین می کنند.
در پژوهش جدید، محققان طراحی شده برای طراحی یک ماده که می تواند به طور برگشت پذیر بین دو قفس متفاوت اندازه: یکی با 24 اتم پالادیوم و 48 لیگاند، و یکی با سه اتم palladium و 6 مولکول لیگاند.

برای رسیدن به این هدف، آنها یک مولکول حساس به نور لیزر را به نام DTE اضافه کردند. اندازه قفس ها با زاویه ای از باند ها تعیین می شود که مولکول نیتروژن در لیگاند با پالادیوم تشکیل می شود. هنگامی که DTE در معرض نور ماوراء بنفش قرار می گیرد، یک حلقه در لیگاند ایجاد می کند که اندازه زاویه ای را که نیتروژن می تواند به پالادیوم پیوند دهد، افزایش می دهد. این باعث می شود که خوشه ها از بین بروند و خوشه های بزرگتری تشکیل دهند.

هنگامی که محققان نور سبز بر روی ماده را می بینند، حلقه شکسته می شود، زاویه پیوند کوچکتر می شود و خوشه های کوچکتر دوباره تشکیل می شوند. این روند حدود پنج ساعت برای تکمیل طول می کشد ، و محققان دریافتند که آنها می توانند تا هفت بار به عقب بر گردند؛ با هر معکوس، درصد کمی از پلیمرها نتوانستند که به عقب برگردند، که در نهایت منجر به از بین رفتن  مواد می شود.
هنگامی که ماده در حالت خوشه کوچک است، آن را تا 10 برابر نرم تر و پویا تر می شود. جانسون می گوید: "آنها می توانند زمانی که حرارت می یابند، شما می توانید آنها را برش دهید وبا  روی گرمای خفیفی که صدمه را بهبود می دهند."
 
این رویکرد، مزایایی را که معمولا با مواد ترمیم دهنده به وجود می آید، برطرف می کند و این بدین معنی است که ساختار آنها نسبتا ضعیف است. در این حالت، ماده می تواند بین حالت نرم تر، حالت خودجوش و وضعیت سخت تر تغییر کند.

مواد خود ترمیم شونده

در این مقاله، محققان از پلی اتیلن گلیکول پلیمری (PEG) برای ساخت مواد خود استفاده کردند اما می گویند این روش می تواند با هر نوع پلیمر مورد استفاده قرار گیرد. کاربردهای  بالقوه شامل مواد خود ترمیم شونده است، اگر چه برای این روش به طور گسترده ای استفاده می شود، پالادیوم، یک فلز نادر و گران قیمت، احتمالا جایگزین ارزان تر آن خواهد شد.

جانسون می گوید: "هر چیزی که از پلاستیک یا لاستیک ساخته شده است، اگر زمانی که آسیب دیده باشد، می تواند بهبود پیدا کند، نباید از بین برود. شاید چنین روشی مواد با چرخه عمر طولانی تر را فراهم کند".

کاربرد دیگری برای این مواد، تحویل دارو است. جانسون معتقد است که ممکن است مواد مخدر داخل قفس های بزرگ را بسته بندی کرده و سپس آنها را به نور سبز باز کند تا آنها را باز کند و محتوای آنها را آزاد کند. استفاده از نور سبز می تواند بازپس گرفتن داروها را فراهم کند، و روش جدیدی را برای تحویل دارویی برگشت پذیر ارائه دهد.

محققان همچنین در حال ایجاد موادی هستند که می توانند به طور برگشت پذیر از حالت جامد به حالت مایع منتقل شوند و در استفاده از نور برای ایجاد الگوهای نرم و سفت و سخت در همان مواد استفاده شود.
کاربرد دیگر این مواد تحویل دارو است . استفاده از نور سبز می تواند بازپس گرفتن داروها را فراهم کند، و روش جدیدی را برای تحویل دارویی برگشت پذیر ارائه دهد.
برچسب: plastic , elastomer, elastic, polymer, smart polymer, پلیمر هوشمند, پلی اتیلن گلیکول , پلیمر حامل دارو, مواد خود ترمیم شونده, self healing

فرم ارسال نظر

ارسال نظر

نام:
 
آدرس ایمیل:
پیام:
 
    
عبارت امنیتی:
 

نظرات

موردی یافت نشد !