Японські вчені першими у світі навчили пластик поводитися як живий організм і реагувати на освітлення

У свіжому дослідженні японські науковці з Чібського університету представили систему супрамолекулярних полімерів, здатних змінювати свою структуру залежно від інтенсивності світла. Матеріал може переходити між одновимірними, двовимірними та тривимірними формами, що відкриває шлях до створення нового покоління “розумних” адаптивних матеріалів. На відміну від традиційних, вони не залишаються статичними після формування, а реагують на зовнішні стимули подібно до живих організмів.

Ключова ідея роботи полягає у створенні неконсервативних молекулярних систем, які існують поза станом термодинамічної рівноваги. Це означає, що їхня структура змінюється залежно від кількості отриманої енергії. «Нам вдалося реалізувати систему, яка, подібно до живих організмів, змінює свій стан відповідно до енергетичного впливу», — пояснив професор Шікі Яґаї.

У центрі розробки — спеціально синтезована молекула, що поєднує світлочутливу азобензенову групу з мероціаніновим ядром на основі барбітурової кислоти. Це поєднання забезпечує явище супрамолекулярного поліморфізму — здатність однієї сполуки формувати різні структури під дією світла. Спершу молекули самозбираються у спіральні нанофібри, які з часом переходять у стабільніші нанопластини.

Під дією потужного ультрафіолетового випромінювання нанопластини несподівано повертаються до одновимірного стану. Високошвидкісна атомно-силова мікроскопія показала, що це відбувається через фотоізомеризацію азобензену, яка руйнує водневі зв’язки між шарами. Якщо ж застосувати слабше УФ-випромінювання, матеріал поводиться інакше: менші нанопластини розчиняються, а більші ростуть угору, формуючи тривимірні нанокристали — процес, відомий як Оствальдівське дозрівання.

За словами Яґаї, ця система демонструє можливість створення матеріалів, які змінюють стан у відповідь на зовнішні стимули. У майбутньому додавання фотоактивних, електроактивних або каталізаторних елементів може дозволити створювати матеріали, функціональні властивості яких автоматично адаптуються до середовища. Дослідження, опубліковане 17 листопада у журналі Chem, відкриває перспективи застосування таких технологій у самовідновлюваних покриттях, сенсорах, системах доставляння ліків та енергозбиральних рішеннях.