Полимерные частицы работают как мышцы

      Комментарии к записи Полимерные частицы работают как мышцы отключены

Полимерные частицы работают как мышцы

Германским химикам удалось наладить производство однообразных неестественных микромышц на базе жидкокристаллических полимеров. Сейчас, по словам разработчиков, их возможно внедрять в индустрию, что формирует неповторимые возможности для развития микромеханических крошечных роботов и устройств.

В то время, когда человек совершает какие-то перемещения руками либо ногами, либо хмурится, его мускулы уменьшаются либо, напротив, растягиваются. Эти действия совершенно верно регулируются и всецело обратимы. Для регулировки природа создала идеальный материал – мышечную ткань. Но человечество не следует на месте и догоняет природу. В этом случае речь заходит о таком неестественном материале как жидкие кристаллы.

Внедрение в сложную структуру жидкокристаллического полимера особых молекул – функциональных групп, каковые под действием света, к примеру, либо электромагнитного поля смогут поменять собственную ориентацию, разрешает приобретать материал, по особенностям близкий к мышцам.

Но придумать принцип работы для того чтобы материала и подобрать составляющие его компоненты – это лишь добрая половина дела. Чтобы получить функциональный, готовый для применения материал, а не просто смесь веществ, возможно владеющую нужными особенностями, необходимо подобрать и состав смеси, и условия получения будущего вещества.

Не в последнюю очередь все вышесказанное относится и к жидким кристаллам. Эти материалы чувствительны не только к наличию примесей (как сталь), температуре (как керамика) либо, к примеру, скорости проведения реакции, но и к особенностям поверхности, на которой они формируются. И ко многим вторым, до сих пор не изученным факторам.

Годы работы с жидкими кристаллами убедили доктора наук Рудольфа Центеля (Rudolf Zentel) из Университета органической химии университета Майнца в Германии и его работников в капризности этих неповторимых веществ и вынудили искать особенный подход к производству материалов на их базе.

В собственной последней работе, размещённой в издании Advanced Materials, германские ученые поведали о том, как им удалось синтезировать субмиллиметровые сферические частицы из жидкокристаллического эластомера, талантливые под действием температуры обратимо вытягиваться и сжиматься. Для этого ученые применяли распространенный мономер, талантливый полимеризоваться в присутствии специального вещества и ультрафиолетового облучения – фотоинициатора.

Мономер содержал кроме этого особенную функциональную группу, талантливую поменять пространственную ориентацию, в то время, когда изменяется температура среды. Как раз подвижность функциональных групп в пространстве снабжает материалу свойство растягиваться с увеличением температуры и сжиматься при ее понижении.

Все эти составляющие уже были известны химикам. Но взять материал с нужными особенностями до сих пор не получалось из-за неверного подхода к процессу синтеза. Предшественники команды Центеля готовили смесь, полимеризовали ее, а после этого пробовали выстроить искомую упорядоченную внутреннюю структуру сжатиями материала и последовательными растяжениями при определенных температурных условиях, влияя электрическим либо магнитным полем.

Нужно было, дабы все функциональные группы сориентировались в одном направлении. Все подобные способы имели одинаковый последовательность недочётов: они включали в себя пара этапов синтеза, их тяжело было поставить на поток, и они не доходили для синтеза частиц маленького размера.

Центель и его команда решили эту неприятности посредством микрожидкостной техники. Они поршнем вдавливали разогретую жидкую смесь веществ в узкий капилляр. Скорость потока реакционной смеси в нем варьировалась за счет трансформации скорости перемещения самого поршня.

Течение в капилляра упорядочивало удлиненные молекулы мономера – другими словами создавало его нужную ориентацию. На выходе из иглы материал образовывал капельки, каковые тут же попадали в невязкое силиконовое масло, помогающее им удерживать форму. Тут же капельки облучались ультрафиолетовым излучением, благодаря которому полимеризовались и затвердевали, сохраняя нужную внутреннюю структуру.

Микрожидкостная установка, как именуют ее сами авторы работы, разрешает гибко варьировать параметры синтеза: температуру, вязкость масла, скорость потока и, само собой разумеется, сам состав реакционной смеси. Химикам удалось взять монодисперсные, другими словами фактически однообразного размера сферические частицы диаметром от 200 до 600 микрон. Ученые кроме этого узнали, как воздействует скорость потока на особенности частиц.

Чем стремительнее текла реакционная смесь в установке, тем более структурированными получались частицы. И тем посильнее вытягивались при последующем повышении температуры.

Доктор наук Такаши Като (Takashi Kato) из Токийского университета, один из авторитетнейших экспертов в области жидких кристаллов и член консультативного совета Advanced Materials, считает, что работа его германских сотрудников весьма увлекательна: «Микросферы изготовлены посредством прекрасной комбинации знаний из самых различных областей: микрожидкостной техники, жидкокристаллической химии и химии полимеров».

Сфера из жидкокристаллического эластомера (эластичного полимера) лежит под объективом микроскопа на подогреваемом предметном столике. Стремительное охлаждение снабжает струя холодного воздуха, которую иногда направляют к частице. Температура варьируется от 100°С, в то время, когда частичка сферическая, до 140°С, в то время, когда частичка принимает сигарообразную форму, а ее большие линейные размеры возрастают на 70%.

Созданные в университете Майнца неестественные «микромышцы» скоро смогут отыскать настоящее использование. Несколько доктора наук Центеля пробует применять их в качестве клапанов в маленьком аналитическом устройстве, которое именуют lab-on-chip – «лаборатория на микросхеме».

Согласно точки зрения создателей, эти полимерные частицы кроме этого воображают «важную альтернативу вторым микроскопическим совокупностям-активаторам, таким как частички гидрогеля и пьезокерамические детали — полимера, возрастающего в размерах за счет поглощения воды». Их свойство скоро и весьма существенно растягиваться и поменять форму при малом трансформации внешних условий фактически неповторима: пьезоэлектрики не смогут соперничать с новым материалом, поскольку смогут поменять собственные линейные размеры только на считанные проценты, а гидрогелям необходимо поглощать либо испарять воду, что не всегда комфортно и занимает большое количество времени. «В случае если мы можем создавать жидкокристаллические эластомерные частички с высоким выходом, скоростью и монодисперсностью приобретаемых частиц, то можем в промышленных масштабах активировать ими мелкие объекты в микромеханике, микроструйных элементах и в робототехнике», — вычисляет доктор наук Центель.

Размещено в NanoWeek,

  • Прошлая статья: Нанотрубки для лечения простаты
  • Следующая статья: Ученые показали возможность руководить перемещением клеток посредством света

Анатомия, физиология мышц.Как работают мышцы? Тренеру на заметку


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: