โพลิเมอร์ใหม่ตอบสนองต่อความเครียดเชิงกลเกือบจะเหมือนกับกล้ามเนื้อ

ความสามารถที่สำคัญของเนื้อเยื่อชีวภาพ เช่น กล้ามเนื้อ คือการรักษาตัวเองและการเสริมสร้างความแข็งแรงในตัวเอง มัน

เกิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อความเสียหายที่เกิดจากโดยกองกำลังภายนอก โพลีเมอร์เทียมส่วนใหญ่จะสลายตัวอย่างถาวรเมื่อได้รับความเค้นเชิงกลที่เพียงพอ ซึ่งทำให้มีประโยชน์น้อยลง เช่น การผลิตอวัยวะเทียม แต่จะเป็นอย่างไรหากคุณสามารถสร้างโพลีเมอร์ที่ทำปฏิกิริยาทางเคมีต่อความเค้นเชิงกลและใช้พลังงานนั้นเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของพวกมันได้? 

ในการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ในAngewandte Chemie International Editionซึ่งเป็นกลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากโตเกียวเทคสถาบันมหาวิทยาลัยยามากาตะและสถาบันวิจัยเคมีซากามิ ประเทศญี่ปุ่น ได้สร้างความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านสารเสริมแรงในตัวเองจำนวนมาก โพลีเมอร์ใหม่ของพวกมันตอบสนองต่อความเครียดทางกลเกือบจะเหมือนกับกล้ามเนื้อ

โพลียูรีเทนแบบแบ่งส่วนสังเคราะห์ (SPU)ประกอบด้วยชิ้นส่วน di-fluorenyl succinonitrile (DFSN) และกลุ่ม methacryloyl อิลาสโตเมอร์ที่เกิดขึ้นทำให้เกิดอนุมูลไซยาโนฟลูโอเรนสีชมพูและเปลี่ยนสีเมื่อถูกบีบอัดหรือยืดออก นี่เป็นตัวอย่างแรกของปฏิกิริยาเชื่อมขวางที่ขับเคลื่อนด้วยแรงซึ่งทำได้โดยการยืดหรือหดฟิล์มจำนวนมากเท่านั้น เครดิต: Tokyo Tech

ทีมงานสร้างโพลียูรีเทนแบบแบ่งส่วนโซ่โพลีเมอร์ที่มีส่วนการทำงานแบบแข็งและอ่อน ส่วนอ่อนประกอบด้วยโมเลกุล DFSN ที่ทำหน้าที่เป็น "จุดเชื่อมต่อที่อ่อนแอที่สุด" โดยทั้งสองซีกเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์เดียว โซ่ด้านข้างของส่วนที่อ่อนนุ่มจะสิ้นสุดในหน่วยเมทาคริลอยิล เมื่อโพลีเมอร์อยู่ภายใต้ความเค้นเชิงกล เช่น การบีบอัดหรือแรงดึงอย่างง่าย โมเลกุล DFSN จะแยกออกเป็นสองอนุมูลไซยาโนฟลูออรีน (CF) ที่เท่ากัน อนุมูล CF เหล่านี้ต่างจาก DFSN ตรงที่จะปรากฏเป็นสีชมพู ทำให้มองเห็นความเสียหายได้ง่าย

เราประสบความสำเร็จในการพัฒนาอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนโพลิเมอร์เชิงกลที่แสดงการเปลี่ยนสีการเรืองแสงและความสามารถในการเสริมแรงในตัวเอง นี่เป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการวิจัยพื้นฐานทางกลศาสตร์และการประยุกต์ใช้ในวัสดุศาสตร์

ศาสตราจารย์ ฮิเดยูกิ โอสึกะ เป็นผู้นำการวิจัย

คุณสมบัติและการทำงานที่น่าดึงดูดของโพลีเมอร์ที่พัฒนาขึ้นมีประโยชน์เช่นสำหรับการตรวจจับความเสียหายที่ใช้งานง่ายและการสร้างวัสดุที่ปรับเปลี่ยนได้

อ่านเพิ่มเติม

ดูภาพดาวอังคาร 8 ล้านล้านพิกเซล

นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาทดแทนทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะไรคือสาระสำคัญของ "ทฤษฎีของทุกสิ่ง"?

นักวิทยาศาสตร์พบหลักฐานการผสมพันธ์ของมนุษย์ยุคใหม่กับมนุษย์ยุคหิน

กลศาสตร์เคมีเป็นสาขาหนึ่งของเคมีที่ศึกษาการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของสารและสารผสมตลอดจนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีฟิสิกส์ภายใต้ความเค้นเชิงกลระหว่างการเปลี่ยนรูปแรงเสียดทานและการบีบอัดแรงกระแทก