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 detectar tanto, deformaciones poliméricas reversibles e irreversibles, abriendo la puerta a la exploración de nuevos regímenes de fuerzas en polímeros.

Además de provocar movimiento físico, Las fuerzas mecánicas pueden impulsar los cambios químicos de forma 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 al estrés o la deformación. 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. Como 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 del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) habían 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 del mismo motivo molecular.

En un nuevo Revista de la Sociedad Química Estadounidense estudio, el equipo explora esta cuestión utilizando una arquitectura molecular inusual llamada "rotaxano" en la que una molécula con forma de mancuerna se pasa a través de un "anillo" de modo que se entrelazan mecánicamente, es decir, el "anillo" no se puede sacar normalmente. Al unir un par extintor-emisor al rotaxano y seleccionar tamaños apropiados de fracciones de anillo y tapón, el equipo demuestra un nuevo tipo de respuesta de mecanóforo que puede ser reversible o irreversible, dependiendo de la magnitud de la fuerza aplicada (Figura 1).

"Cuando no se aplica fuerza, la interacción atractiva mantiene el anillo que contiene el emisor cerca del extintor fijo en el eje del rotaxano, para que la emisión se apague, "explica Sagara." Al aplicar una fuerza débil, el emisor se aleja 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 tope de modo que se produzca un deshilachado irreversible ".

Al investigar un conjunto cuidadosamente diseñado de diferentes rotaxanos, El equipo demostró que la combinación de restos de anillo y tapón seleccionados de forma apropiada que tienen el tamaño correcto es crucial para obtener estructuras entrelazadas que muestren dicha respuesta dual. Los investigadores de Tokyo Tech colaboraron con socios suizos del 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 se sometieron a deformaciones repetidas a grandes esfuerzos debido al deshilachado del anillo del eje. "Este mecanismo permite que uno, al menos conceptualmente, para monitorear la deformación real de los materiales poliméricos y examinar los daños mecánicos que se infligieron en el pasado sobre la base de una señal óptica ”, dice Sagara.

Especulando sobre las posibles implicaciones de sus resultados, un eufórico Sagara comenta, "Ampliar la biblioteca actual de mecanóforos con nuestros candidatos basados ​​en rotaxano sería útil para estudiar las propiedades mecánicas no solo de polímeros sino también de células y tejidos, ya que nuestros mecanóforos pueden responder a fuerzas mucho más pequeñas en comparación con las que implican la escisión de enlaces químicos ".

Simplemente pon, los rotaxanos podrían invadir toda la ciencia natural.