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    El polímero se ilumina en blanco de manera reversible cuando se estira

    El polímero recientemente desarrollado enciende y apaga su fluorescencia en respuesta a la tensión mecánica. Crédito:Universidad de Hokkaido

    Investigadores del Instituto Adolphe Merkle (AMI) de la Universidad de Fribourg y la Universidad de Hokkaido en Japón han desarrollado un método para adaptar las propiedades de las moléculas indicadoras de estrés que pueden integrarse en polímeros y señalar daños o cargas mecánicas excesivas con una señal óptica.

    Como parte de sus actividades de investigación dentro del Centro Nacional de Competencia en Investigación de Materiales Bioinspirados, Profesor Christoph Weder, la cátedra de Química y Materiales de Polímeros en AMI, y su equipo están investigando polímeros que cambian su color o características de fluorescencia cuando se colocan bajo carga mecánica. El enfoque predominante para lograr esta función se basa en moléculas sensoras diseñadas específicamente que contienen enlaces químicos débiles que se rompen cuando la fuerza mecánica aplicada excede un cierto umbral. Este efecto puede provocar un cambio de color u otras respuestas predefinidas. Una limitación fundamental de este enfoque, sin embargo, es que los enlaces débiles también pueden romperse al exponerse a la luz o al calor. Esta falta de especificidad reduce la utilidad práctica de los polímeros indicadores de estrés. Normalmente también hace que el efecto sea irreversible.

    Abordar este problema, Weder y el Dr. Yoshimitsu Sagara, un investigador japonés que pasó dos años en el grupo de Weder en AMI antes de unirse a la Universidad de Hokkaido como profesor asistente, idearon un nuevo tipo de molécula sensora que solo puede activarse mediante fuerza mecánica. A diferencia de las moléculas transductoras de fuerza anteriores, no se produce la ruptura del enlace químico. En lugar de, las nuevas moléculas del sensor constan de dos partes que se entrelazan mecánicamente. Esta interconexión evita la separación de las dos partes, sin dejar de permitir que se junten o se alejen entre sí. Este empuje y tracción molecular hace que la fluorescencia de la molécula cambie de apagado a encendido.

    Presentación de video creada por el equipo de investigación que explica la propiedad única del polímero. Crédito:Universidad de Hokkaido.

    En una nueva publicación en la revista de acceso abierto Ciencia Central ACS , Más weder, Sagara, y sus compañeros de trabajo informan que este nuevo concepto es robusto y versátil. "El enfoque de diseño permite adaptar las propiedades de tales moléculas sensoras, ya que su comportamiento es bastante predecible, "explica Weder." Elegimos demostrar esto abordando materiales que muestran fluorescencia blanca cuando se estiran, ", añade Sagara." La fluorescencia blanca con respuesta mecánica es, en general, difícil de conseguir. Requiere la combinación de tres moléculas de sensor con colores de emisión predefinidos:azul, verde, y rojo (o naranja). Además, las moléculas del sensor también deben mostrar una respuesta similar a la tensión mecánica para lograr el encendido / apagado de la emisión blanca cuando se mezclan ".

    Como era la intención, los polímeros que contienen los nuevos motivos no emiten fluorescencia en ausencia de fuerza mecánica, pero se vuelven brillantemente fluorescentes:rojo, verde, o azul, cuando solo se utiliza un tipo de molécula sensora, blanco cuando se combinan, cuando se estiran. Porque no se rompen enlaces químicos, el proceso también es completamente reversible. Por lo tanto, cuando las nuevas moléculas sensoras se incorporaron en un polímero elástico, la fluorescencia se encendió cuando se estiró el material, y se apagó cuando se eliminó la fuerza y ​​el material se contrajo. Es más, la intensidad de la fluorescencia, o brillo, Se demostró que se correlaciona con el grado de deformación.

    El equipo logró la fluorescencia blanca (abajo) combinando moléculas sensoras que emiten naranja, azul, y fluorescencia verde respectivamente. Crédito:Universidad de Hokkaido

    Las aplicaciones potenciales para dichos materiales incluyen monitores integrados que envían señales de advertencia visuales antes de que falle una pieza, o que permitan a los ingenieros mapear las tensiones en las piezas bajo carga y ayudarles a diseñarlas mejor. Las moléculas del sensor también prometen ser útiles para fundamentales, investigaciones a nivel molecular de los mecanismos de transferencia de estrés en materiales sintéticos, así como en sistemas biológicos.

    El equipo suizo-japonés está colaborando actualmente para simplificar aún más el diseño para una expansión del concepto a materiales que cambian de color. en lugar de su fluorescencia. La respuesta de tales motivos podría inspeccionarse sin ningún medio auxiliar y, por lo tanto, sería más útil para aplicaciones prácticas.


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