Las películas elásticas y los geles blandos ayudan a hacer realidad la electrónica portátil, la robótica blanda y los tejidos biocompatibles. Pero una fuerza excesiva puede hacer que estos polímeros se rompan sin previo aviso. Para detectar la tensión antes de que sea demasiado tarde, los investigadores que publican en el Journal of the American Chemical Society muestran que han diseñado un compuesto con "alas" que hace que estos materiales cambien de color cuando se estiran o se aplastan.
Las películas plásticas y los geles de polímero -redes blandas en 3D llenas de líquidos- pueden doblarse, estirarse o comprimirse. Y aunque la mayoría de las películas de polímero sólo se rompen cuando se tira demasiado de ellas, muchos geles no son muy resistentes y se rompen con cantidades relativamente pequeñas de presión. Sin embargo, no hay forma de predecir la resistencia del material esponjoso.
En investigaciones anteriores, Shohei Saito y sus colegas desarrollaron moléculas en forma de V, conocidas como sondas de fuerza molecular de aleteo (FLAP). Las FLAP tienen dos estructuras laterales parecidas a alas que se aplanan bajo presión, lo que provoca un cambio de color de azul a verde fluorescente. Esta sonda funcionó como se esperaba cuando se incorporó a una película de poliuretano, pero cuando se añadió a un gel de polímero empapado de líquido, el compuesto se volvió espontáneamente verde fluorescente sin ninguna fuerza externa. Así que Saito y Takuya Yamakado se propusieron mejorar la molécula FLAP para que detectara con precisión las tensiones mecánicas tanto en un gel de polímero como en una película.
Los investigadores modificaron su versión anterior sustituyendo las dos alas de antracenoimida por otras de pireneimida, uniéndolas a lados opuestos de la misma unión central flexible de ciclooctatetraeno. Cuando añadieron la sonda en una película de polímero y estiraron el material, su fluorescencia cambió fuertemente de azul a verde. También se produjo un cambio de color visible a simple vista.
A continuación, los investigadores incorporaron la nueva sonda FLAP a un gel de poliuretano empapado en un disolvente orgánico, creando un cilindro amarillo que emitía fluorescencia azul, y luego comprimieron el material. La fluorescencia del cilindro se hizo más verde a medida que se ejercía más presión. En su prueba final, los investigadores colocaron las letras metálicas F-L-A-P en un bloque rectangular del gel. Utilizaron mapas de la relación entre la fluorescencia verde y la azul para calcular la presión que ejercía cada letra sobre el gel, que oscilaba entre 0 y 1 MPa. Los investigadores afirman que este estudio podría ayudarles a desarrollar materiales de gel más resistentes y sondas de tensión a nanoescala para las membranas celulares.
Los autores agradecen la financiación de una beca PRESTO (FRONTIER) de la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón, una beca FOREST de la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón, una beca KAKENHI de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia, una beca de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia, la Fundación Inoue para la Ciencia y la Fundación Científica Toray.
Más información:
https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2022/acs-presspac-february-23-2022/colorfully-detecting-stressed-out-polymer-films-gels-before-they-break-video.html [This is automatically translated from English]