Desarrollar materiales sintéticos que sean tan dinámicos como los que se encuentran en la naturaleza, con propiedades que cambian reversiblemente y que podrían utilizarse en la fabricación, reciclaje y otras aplicaciones, es un foco fuerte para los científicos.

En una primicia mundial investigadores de la Universidad Tecnológica de Queensland (QUT), La Universidad de Gante (UGent) y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han sido pioneros en una novela, dinámica, material reprogramable, mediante el uso de luz LED verde y, notablemente, oscuridad como los interruptores para cambiar la estructura del polímero del material, y usando solo dos compuestos químicos económicos. Uno de estos compuestos, naftalina, es bien conocido como ingrediente en repelentes de polillas.

El nuevo material dinámico podría potencialmente usarse como tinta de impresión 3D para imprimir temporalmente, andamios de soporte fáciles de quitar. Esto superaría una de las limitaciones actuales del proceso 3-D para imprimir estructuras colgantes.

La investigación es parte de una colaboración internacional en curso entre el químico macromolecular de QUT y el profesor miembro laureado del Australian Research Council, Christopher Barner-Kowollik, Dr. Hannes Houck, quien recientemente completó su Ph.D. a través de QUT, UGent y KIT, Profesor de UGent Filip Du Prez, y la Dra. Eva Blasco de KIT.

Sus hallazgos han sido publicados en el artículo 'Materiales dinámicos estabilizados por luz' en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense (JACS).

Puntos clave:

• El nuevo material se formó con naftalenos y las moléculas de acoplamiento triazolinedionas (TAD)
• Mientras la luz LED verde brillara sobre el material, se mantuvo estable y fuerte.
• Una vez que se apagó la luz y el material se mantuvo en la oscuridad, los enlaces químicos de la estructura de la red se rompieron y el material se volvió blando y licuado
• El proceso de difícil a blando se puede repetir con solo presionar el interruptor, y la luz podría atenuarse para modular las propiedades mecánicas del material
• Seguir la investigación está buscando otras combinaciones químicas que puedan lograr el mismo resultado.

Profesor Barner-Kowollik, de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de QUT, dijo que lo que hace que el descubrimiento sea único es que la luz se utiliza como disparador para estabilizar, en lugar de destruir, enlaces químicos, por lo que los investigadores han acuñado un nuevo término, Materiales dinámicos estabilizados a la luz (LSDM).

"Esperamos presentar los LSDM como una clase completamente nueva de materiales, ", dijo el Dr. Houck." Debatimos si patentar el nuevo material, pero decidió no esperar y publicar los hallazgos para avanzar en el conocimiento y la comprensión de los procesos involucrados ".

Los investigadores dijeron que lo que han logrado es lo contrario de lo que se suele hacer en química y "mucha gente no pensó que se pudiera lograr".

"Típicamente, utiliza diferentes longitudes de onda de luz o calor adicional o productos químicos agresivos para romper las cadenas de moléculas de polímero que forman una estructura de red, " ellos dijeron.

"Sin embargo, en este caso, Usamos luz LED verde para estabilizar la red. El detonante para romper la red, hacer que se derrumbe y fluya es en realidad la más suave de todas:la oscuridad. Vuelva a encender la luz y el material se vuelve a endurecer y conserva su fuerza y ​​estabilidad.

"Esto es lo que usted llama un sistema químico fuera de equilibrio. La energía constante de la luz verde mantiene el sistema químico en esta forma unida, empujándolo fuera de su equilibrio. Quita la luz y el sistema vuelve a su estado relajado, estado de energía más bajo ".

El profesor Barner-Kowollik dijo que los investigadores ya habían sido contactados por empresas de tecnología de impresión 3D interesadas en la aplicación de la investigación.

La impresión 3-D se utiliza en las industrias aeroespacial y automotriz para hacer piezas complejas y prototipos detallados.

Sin embargo, La impresión 3D de diseños complejos con voladizos o puentes es difícil o está prohibida porque el proceso 3D implica imprimir capa sobre capa, y no hay soporte directo para capas en estructuras con ángulos pronunciados.

"Lo que necesita para imprimir en 3D algo como un puente es un andamio de soporte, una segunda tinta que proporciona ese andamio durante la impresión del diseño, pero que puede eliminar más tarde cuando ya no sea necesario, " él dijo.

"Con una tinta dinámica estabilizada a la luz utilizada como andamio, podría imprimir en 3D bajo la luz, luego apague la luz para dejar que fluya la tinta del andamio ".

El profesor Du Prez y el profesor Barner-Kowollik dijeron que otra aplicación potencial de los LSDM era como herramienta de estudio de biología celular, con los biólogos usándolo como soporte de la superficie celular, podrían alterar mediante la modulación de la luz sin dañar las células.