Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio diseñan polímeros infundidos con una unidad molecular sensible al estrés que responden a las fuerzas externas activando su fluorescencia. Los investigadores demuestran que la fluorescencia depende de la magnitud de la fuerza y muestran que es posible detectardeformaciones poliméricas reversibles e irreversibles, lo que abre la puerta a la exploración de nuevos regímenes de fuerza en los polímeros.
Además de causar movimiento físico, las fuerzas mecánicas pueden impulsar cambios químicos de manera controlada y productiva, permitiendo propiedades deseables del material. Una forma de hacerlo es introduciendo un llamado mecanóforo en el material, unidades moleculares que son sensibles a la tensión.o cepa. Específicamente, mecanóforos mecanocrómicos , que alteran sus propiedades ópticas en respuesta a estímulos mecánicos, son bastante útiles para cuantificar su entorno mecánico local.
Sin embargo, el mecanismo de respuesta en juego en la mayoría de los mecanóforos implica la ruptura de enlaces químicos. En consecuencia, requieren fuerzas mecánicas relativamente grandes para activarse y su respuesta generalmente no es reversible. Para abordar estos problemas, los investigadores dirigidos por el profesor Yoshimitsu Sagara deEl Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech había desarrollado previamente mecanóforos supramoleculares que muestran el encendido / apagado instantáneamente reversible de la fluorescencia sin ninguna escisión de los enlaces covalentes. El siguiente desafío del equipo fue determinar si las mecanorrespuestas reversibles e irreversibles pueden obtenerse de la misma molécula.motivo.
En un nuevo estudio del Journal of the American Chemical Society, el equipo explora esta cuestión utilizando una arquitectura molecular inusual llamada "rotaxano" en la que una molécula en forma de mancuerna se enhebra a través de un "anillo" de modo que se entrelazan mecánicamente, es decir, elNormalmente, el "anillo" no se puede extraer. Al unir un par extintor-emisor al rotaxano y seleccionar los tamaños adecuados de las fracciones de anillo y tapón, el equipo demuestra un nuevo tipo de respuesta de mecanóforo que puede ser reversible o irreversible, según la magnitudde la fuerza aplicada.
"Cuando no se aplica fuerza, la interacción atractiva mantiene el anillo que contiene el emisor cerca del extintor fijo en el eje del rotaxano, de modo que la emisión se apaga", explica Sagara. "Al aplicar una fuerza débil, el emisor se muevelejos del extintor, y su fluorescencia se enciende. Este efecto es reversible, a menos que la fuerza sea lo suficientemente alta como para empujar el anillo más allá del tapón de modo que se produzca un deshilachado irreversible. "
Al investigar un conjunto cuidadosamente diseñado de diferentes rotaxanos, el equipo demostró que la combinación de porciones de anillo y tapón seleccionados apropiadamente que tienen el tamaño correcto es crucial para obtener estructuras entrelazadas que muestren una respuesta dual. Los investigadores de Tokyo Tech colaboraron con socios suizos de laEl Instituto Adolphe Merkle de la Universidad de Fribourg para incorporar los nuevos mecanóforos en cauchos elásticos de poliuretano. Estos materiales, que exhiben cambios de fluorescencia reversibles durante muchos ciclos de estiramiento y liberación a tensiones bajas, debido a la función de transporte, mientras que se observaron cambios permanentes cuando los cauchos sesometido a deformaciones repetidas a grandes esfuerzos debido al deshilachado del anillo del eje. "Este mecanismo permite, al menos conceptualmente, controlar la deformación real de los materiales poliméricos y examinar los daños mecánicos que se infligieron en el pasado sobre la base de unseñal óptica ", dice Sagara.
Especulando sobre las posibles implicaciones de sus resultados, un exaltado Sagara comenta: "Ampliar la biblioteca actual de mecanóforos con nuestros candidatos basados en rotaxano sería útil para estudiar las propiedades mecánicas no solo de los polímeros, sino también de las células y tejidos, como pueden hacerlo nuestros mecanóforos.responden a fuerzas mucho más pequeñas en comparación con las que involucran la escisión de enlaces químicos ".
En pocas palabras, ¡los rotaxanos podrían impregnar todas las ciencias naturales!
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :