Una habilidad fascinante y crucial del tejido biológico, como el músculo, es autocurativo y auto-fortalecedor en respuesta al daño causado por fuerzas externas. La mayoría de los polímeros hechos por humanos, por otra parte, romperse irreversiblemente bajo suficiente tensión mecánica, lo que los hace menos útiles para ciertas aplicaciones críticas como la fabricación de órganos artificiales. Pero, ¿y si pudiéramos diseñar polímeros que reaccionaran químicamente a estímulos mecánicos y utilizaran esta energía para mejorar sus propiedades?

Esta meta, que ha demostrado ser un gran desafío, está en el punto de mira en el campo de la mecanoquímica. En un estudio reciente publicado en Edición internacional Angewandte Chemie , un equipo de científicos de Tokyo Tech, Universidad de Yamagata, y el Instituto de Investigación Química de Sagami, Japón, hizo un progreso notable con los polímeros auto-reforzantes a granel. Profesor Hideyuki Otsuka, quien dirigió el estudio, explica su motivación:"Promover el desarrollo de elegantes sistemas a granel en los que una reacción inducida por la fuerza provoca un cambio claro en las propiedades mecánicas representaría un avance revolucionario en la mecanoquímica, química de polímeros, y ciencia de los materiales ". Lograron este objetivo centrándose en el difluorenilsuccinonitrilo (DFSN), un 'mecanóforo' o molécula que responde al estrés mecánico.

El equipo creó cadenas poliméricas de poliuretano segmentadas con segmentos funcionales tanto duros como blandos. Los segmentos blandos contienen moléculas DFSN que actúan como su "eslabón más débil, "con sus dos mitades unidas por un solo enlace covalente. Los segmentos blandos también tienen sus cadenas laterales rematadas con unidades de metacriloilo. Al aplicar tensión mecánica, como compresión o extensión simple, en el polímero, la molécula de DFSN se divide en dos radicales de cianofluoreno (CF) iguales. Estos radicales CF, a diferencia de DFSN, adquirir un color rosa, lo que facilita la detección visual de daños mecánicos.

Más importante, los radicales CF reaccionan con las unidades de metacriloilo en las cadenas laterales de otros polímeros, haciendo que los polímeros separados se enganchen químicamente entre sí en un proceso conocido como reticulación. Este fenómeno finalmente hace que la resistencia general del material a granel aumente a medida que los polímeros se entrelazan más químicamente. Este efecto de reticulación química, como los científicos demostraron experimentalmente, se vuelve más pronunciado a medida que se realizan más ciclos de compresión en las muestras de polímero segmentadas porque más moléculas de DFSN se dividen en radicales CF.

Además, el equipo creó una ligera variante de su polímero segmentado que no solo se vuelve rosa, sino que también exhibe fluorescencia bajo irradiación ultravioleta cuando se le aplica fuerza mecánica. Esta funcionalidad resulta útil cuando se trata de cuantificar con mayor precisión el alcance del daño causado por la tensión mecánica.

Las atractivas propiedades y funcionalidades de los polímeros desarrollados son útiles, por ejemplo, para la detección intuitiva de daños y la creación de materiales adaptables. Expresando entusiasmo por sus hallazgos, Otsuka comenta:"Desarrollamos con éxito polímeros mecánicos de respuesta sin precedentes que exhiben cambios de color, fluorescencia, y capacidad de auto-fortalecimiento, marcando el primer informe de reacciones de entrecruzamiento inducidas por la fuerza logradas simplemente por la extensión o compresión de una película a granel. Nuestros hallazgos representan un avance significativo en la investigación fundamental de la mecanoquímica y sus aplicaciones en la ciencia de los materiales ".

A medida que se desarrollan más materiales mecánicos con funciones únicas, podemos esperar explorar sus innumerables aplicaciones en varios campos industriales y de ingeniería. ¡Asegúrese de estar atento a los avances en la mecanoquímica!