Representação mesógena em simulações MD. (A) Uma representação de todos os átomos do sistema inicial com mesógenos colocados aleatoriamente em uma caixa de simulação de comprimento lateral de ~ 40Å. (B) Dois mesógenos terminais LCE isolados representados com o átomo de carbono amarelo representando o átomo de carbono no CH2 do grupo acrilato reativo e o átomo de carbono vermelho pêssego correspondente ao átomo de carbono do grupo terminal CH3 da cadeia alquil não reativa . (C) Representação cônica dos mesógenos mostrados em (B), onde cada cone é centrado no átomo de carbono do grupo acrilato reativo (átomo de carbono amarelo em (B)) e direcionado para o grupo metil terminal (átomo de carbono vermelho pêssego em (B)). Esta representação simplificada facilita a observação do empacotamento específico do mesógeno em diferentes fases. Crédito: Ciência (2024). DOI: 10.1126/science.adq6434
Uma equipe de cientistas criou um novo polímero que muda de forma e que pode transformar a forma como os futuros materiais macios serão construídos. Feito com um materials denominado elastômero líquido cristalino (LCE), um materials macio semelhante a borracha que pode ser estimulado por forças externas como luz ou calor, o polímero é tão versátil que pode se mover em diversas direções.
Seu comportamento, que se assemelha aos movimentos dos animais na natureza, inclui a capacidade de torcer, inclinar para a esquerda e para a direita, encolher e expandir, disse Xiaoguang Wang, coautor do estudo e professor assistente de engenharia química e biomolecular no estado de Ohio. Universidade.
“Cristais líquidos são materiais que possuem características e propriedades únicas que outros materiais normalmente não conseguem alcançar”, disse Wang. “Eles são fascinantes de se trabalhar.”
A capacidade deste novo polímero de mudar de forma pode torná-lo útil para a criação de robôs macios ou músculos artificiais, entre outros dispositivos de alta tecnologia na medicina e em outras áreas.
Hoje, os cristais líquidos são usados com mais frequência em TVs e telas de telefones celulares, mas esses materiais geralmente se degradam com o tempo. Mas com a expansão dos LEDs, muitos pesquisadores estão focados no desenvolvimento de novas aplicações para cristais líquidos.
Ao contrário dos materiais convencionais que só podem dobrar em uma direção ou requerem vários componentes para criar formas complexas, o polímero desta equipe é um componente único que pode torcer em duas direções. Esta propriedade está ligada à forma como o materials é exposto às mudanças de temperatura para controlar as fases moleculares do polímero, disse Wang.
“Os cristais líquidos têm ordem orientacional, o que significa que podem se auto-alinhar”, disse ele. “Quando aquecemos o LCE, eles transitam para diferentes fases, causando uma mudança na sua estrutura e propriedades.”
Isto significa que as moléculas, pequenos blocos de construção de matéria, que uma vez foram fixadas no lugar, podem ser direcionadas para serem reorganizadas de forma a permitir maior flexibilidade. Este aspecto também pode facilitar a fabricação do materials, disse Wang.
O estudo foi recentemente publicado no diário Ciência.
Se ampliado, o polímero neste estudo poderia potencialmente avançar em vários campos científicos e tecnologias, incluindo sistemas de administração controlada de medicamentos, dispositivos biossensores e como um auxílio em manobras complexas de locomoção para robôs leves de próxima geração.
Uma das descobertas mais importantes do estudo revela as três fases pelas quais o materials passa à medida que sua temperatura muda, disse Alan Weible, coautor do estudo e pesquisador graduado em engenharia química e biomolecular na Universidade Estadual de Ohio. Ao longo dessas fases, as moléculas mudam e se automontam em diferentes configurações.
“Essas fases são um dos principais fatores que otimizamos para permitir a deformabilidade da forma ambidirecional do materials”, disse ele. Em termos de tamanho, o estudo sugere ainda que o materials pode ser ampliado ou reduzido para se adaptar a praticamente qualquer necessidade.
“Nosso artigo abre uma nova direção para as pessoas começarem a sintetizar outros materiais multifásicos”, disse Wang.
Os pesquisadores observam que, com futuros avanços computacionais, seu polímero poderá eventualmente ser uma ferramenta útil para lidar com situações delicadas, como aquelas que exigem o design preciso de músculos e articulações artificiais ou a atualização de nanorrobôs macios necessários para cirurgias complexas.
“Nos próximos anos, planejamos desenvolver novas aplicações e, esperançosamente, entrar no campo biomédico”, disse Weible. “Há muito mais que podemos explorar com base nesses resultados.”
Outros coautores incluem Yuxing Yao, Shucong Li, Atalaya Milan Wilborn, Friedrich Stricker, Joanna Aizenberg, Baptiste Lemaire, Robert KA Bennett, Tung Chun Cheung e Alison Grinthal da Universidade de Harvard; Foteini Trigka e Michael M. Lerch da Universidade de Groningen; Guillaume Freychet, Mikhail Zhernenkov e Patryk Wasik do Laboratório Nacional de Brookhaven; e Boris Kozinsky da Bosch Analysis.
Mais informações:
Yuxing Yao et al, Programação de elastômeros de cristal líquido para deformabilidade ambidirecional em várias etapas, Ciência (2024). DOI: 10.1126/science.adq6434
Fornecido por
A Universidade Estadual de Ohio
Citação: O polímero que muda de forma se assemelha aos movimentos dos animais com mudanças de temperatura (2024, 6 de dezembro) recuperado em 9 de dezembro de 2024 em https://phys.org/information/2024-12-polymer-resembles-animal-movements-temperature.html
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