پلیمری جادویی با قابلیت تغییر شکل کشف شد!

پلیمر جدیدی که شکل‌ تغییر می‌دهد

یک تیم از دانشمندان موفق به ایجاد یک پلیمر جدید شده‌اند که می‌تواند نحوه ساخت مواد نرم در آینده را متحول کند. این پلیمر از ماده‌ای به نام الاستومر مایع بلوری (LCE) ساخته شده است که یک ماده نرم و شبیه به لاستیک می‌باشد و می‌تواند تحت تأثیر نیروهای خارجی مانند نور یا حرارت تحریک شود. این پلیمر به قدری چندمنظوره است که می‌تواند در چندین جهت حرکت کند. رفتار آن، که به حرکات حیوانات در طبیعت شباهت دارد، شامل توانایی چرخش، کج شدن به چپ و راست، و جمع و باز شدن می‌شود. زیائوگوانگ وانگ، نویسنده همکار این مطالعه و استادیار مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشگاه ایالت اوهایو، گفت: “بلورهای مایع موادی هستند که ویژگی‌ها و خصوصیات بسیار منحصر به فردی دارند که سایر مواد معمولاً نمی‌توانند به آن دست یابند.” او افزود: “کار با این مواد بسیار جذاب است.”

کاربردهای بالقوه پلیمر جدید

توانایی این پلیمر جدید در تغییر شکل می‌تواند آن را برای ساخت ربات‌های نرم، عضلات مصنوعی و دیگر دستگاه‌های پیشرفته در پزشکی و زمینه‌های دیگر مفید کند. امروزه، بلورهای مایع بیشتر در تلویزیون‌ها و نمایشگرهای تلفن همراه استفاده می‌شوند، اما این مواد معمولاً با گذشت زمان تخریب می‌شوند. با این حال، با گسترش LEDها، بسیاری از محققان بر روی توسعه کاربردهای جدید برای بلورهای مایع تمرکز کرده‌اند.

ویژگی‌های منحصر به فرد پلیمر

برخلاف مواد معمولی که تنها می‌توانند در یک جهت خم شوند یا برای ایجاد اشکال پیچیده به چندین جزء نیاز دارند، پلیمر این تیم یک جزء واحد است که می‌تواند در دو جهت بچرخد. این ویژگی به نحوه قرارگیری ماده در معرض تغییرات دما مرتبط است که به کنترل فازهای مولکولی پلیمر کمک می‌کند. وانگ گفت: “بلورهای مایع دارای نظم جهتی هستند، به این معنی که می‌توانند خود را هم‌راستا کنند.” او ادامه داد: “زمانی که ما LCE را گرم می‌کنیم، آنها به فازهای مختلفی منتقل می‌شوند که باعث تغییر در ساختار و خواص آنها می‌شود.”

این بدان معناست که مولکول‌ها، که بلوک‌های سازنده کوچک ماده هستند و قبلاً در جای خود ثابت بودند، می‌توانند به گونه‌ای دوباره چیده شوند که انعطاف‌پذیری بیشتری را فراهم کنند.

پیشرفت‌های جدید در علم مواد

این جنبه ممکن است تولید این ماده را آسان‌تر کند، گفت وانگ. این مطالعه به‌تازگی در نشریه «Science» منتشر شده است. اگر این پلیمر مقیاس‌پذیر شود، می‌تواند به پیشرفت چندین حوزه علمی و فناوری کمک کند، از جمله سیستم‌های تحویل دارو کنترل‌شده، دستگاه‌های بیوسنسور و به‌عنوان کمکی در حرکات پیچیده برای روبات‌های نرم نسل بعد.

یکی از مهم‌ترین یافته‌های این مطالعه، سه مرحله‌ای است که ماده در هنگام تغییر دما از آن عبور می‌کند، گفت آلن ویبل، نویسنده همکار این مطالعه و دانشجوی تحصیلات تکمیلی در رشته مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشگاه ایالت اوهایو. در طول این مراحل، مولکول‌ها جابه‌جا شده و به‌صورت خودجوش به پیکربندی‌های مختلفی شکل می‌گیرند. وی افزود: “این مراحل یکی از عوامل کلیدی است که ما بهینه‌سازی کردیم تا اجازه دهیم ماده قابلیت تغییر شکل دوطرفه داشته باشد.”

از نظر اندازه، این مطالعه همچنین پیشنهاد می‌کند که ماده می‌تواند به‌راحتی بزرگ یا کوچک شود تا تقریباً به هر نیازی سازگار شود. وانگ گفت: “مقاله ما یک مسیر جدید برای افراد ایجاد می‌کند تا شروع به سنتز مواد چندمرحله‌ای دیگر کنند.”

محققان اشاره می‌کنند که با پیشرفت‌های محاسباتی آینده، پلیمر آنها می‌تواند در نهایت به ابزاری مفید برای مدیریت موقعیت‌های حساس تبدیل شود، مانند طراحی دقیق عضلات و مفاصل مصنوعی یا ارتقاء نانوربات‌های نرم مورد نیاز برای جراحی‌های پیچیده. ویبل گفت: “در چند سال آینده، ما قصد داریم کاربردهای جدیدی توسعه دهیم و امیدواریم که به حوزه بیومدیکال ورود پیدا کنیم. بر اساس این نتایج، هنوز چیزهای زیادی برای کشف وجود دارد.”

این تحقیق با حمایت وزارت انرژی و مرکز تحقیقات مواد و مهندسی دانشگاه هاروارد انجام شده است. سایر نویسندگان همکار شامل یوشینگ یاو، شوقونگ لی، آتالایا میلان ویلبورن، فریدریش استرکر، جوانا آیزنبرگ، باپتیست لمیر، رابرت کی. آ. بنت، تونگ چون چونگ و آلیسون گرینتال از دانشگاه هاروارد؛ فوتینی تریگا و مایکل ام. لِرچ از دانشگاه گرونینگن؛ گیوم فریشت، میخائیل ژرنینکوف و پاتریک واسیک از آزمایشگاه ملی بروکهاون؛ و بوریس کازینسکی از تحقیقاتی بوش هستند.