Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Żywe tkanki mają wyjątkową zdolność do samoleczenia się. Od dawna marzeniem technologów materiałowych były samo samonaprawiające się tworzywa, ale do tej pory osiągnięcia nie były porywające: w tworzywach sztucznych umieszczano na przykład mikroskopijne kapsułki z substancją, która przy uszkodzeniu „zaklejała" ubytki. Taka samonaprawa działała jednak tylko raz. Nowe polimery stworzone przez Polaka potrafią wręcz same poskładać się w całość, dowolną ilość razy - wystarczy im do tego nieco ultrafioletu.

Przełomowe odkrycie jest dziełem Krzysztofa Matyjaszewskiego - polskiego wybitnego chemika, pracującego obecnie w USA. To jego zespół, złożony z uczonych z Carnegie Mellon University (Pittsburgh, USA) oraz japońskiego Kyushu University, opracował polimery o zaskakujących właściwościach.

Kluczem do tych właściwości są odpowiednie wiązania kowalencyjne, które pod wpływem światła ultrafioletowego mogą na nowo łączyć się dowolną ilość razy. Cząsteczki polimeru łączą się „krzyżowo" poprzez specjalne grupy (trithiocarbonate units) - atom węgla takiej grupy łączy się z trzema atomami siarki, z których dwa używają swojego drugiego wiązania do przyłączenia kolejnego atomu węgla. To właśnie te grupy mają tę właściwość: energia dostarczona przez promieniowanie UV powoduje zerwanie jednego wiązania węgiel-siarka, tworząc w ten sposób dwie bardzo reakcyjne molekuły z wolnym (niesparowanym) elektronem, które agresywnie szukają miejsca do stworzenia nowej grupy złożonej z atomu węgla i trzech atomów siarki. Ta wiążąca reakcja łańcuchowa zatrzymuje się dopiero, kiedy dwie takie reakcyjne molekuły połączą się ze sobą.

W praktyce taki materiał można przeciąć na pół, a następnie wystarczy lekko ścisnąć rozcięte kawałki i lekko naświetlić ultrafioletem, aby trwale połączyły się ze sobą. Nie koniec na tym: eksperymentalną próbkę badacze pocięli na małe kawałki, które po złożeniu i naświetleniu zrosły się bez śladu, tworząc równie zwarty element, jak przed eksperymentem. Takie operacje można powtarzać.

Możliwe zastosowania takich materiałów ogranicza tylko wyobraźnia. Uczeni zauważają, że taki polimer to nie tylko możliwość konstruowania samonaprawiających się konstrukcji, ale też świetny materiał do recyklingu, czyli bardzo ekologiczny.

Studium Krzysztofa Matyjaszewskiego „Repeatable Photoinduced Self-Healing of Covalently Cross-Linked Polymers through Reshuffling of Trithiocarbonate Units" ukazało się w Angewandte Chemie International Edition.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Świetny wynalazek i dodatkowo brawa dla Polaka, acz zastanawia mnie:

 

W praktyce taki materiał można przeciąć na pół, a następnie wystarczy lekko ścisnąć rozcięte kawałki i lekko naświetlić ultrafioletem, aby trwale połączyły się ze sobą

 

Czy w takim przypadku wiązanie nie będzie dotyczyć jedynie wierzchnich warstw? Na zewnątrz będą zespojone, ale głębiej dalej będzie uszkodzenie. Chyba, że przed złączeniem wewnętrzne ścianki także się naświetla.

Share this post


Link to post
Share on other sites

W tle jest papier milimetrowy. ;) Zaś "żelek" upraszcza sprawę z przenikaniem promieni.

Share this post


Link to post
Share on other sites
W praktyce taki materiał można przeciąć na pół, a następnie wystarczy lekko ścisnąć rozcięte kawałki i lekko naświetlić ultrafioletem, aby trwale połączyły się ze sobą. 

Fajny pomysł ale nie taki nowy, wulkanizacja gumy, zgrzewanie polipropylenu równiez polega na dostarczeniu światła tylko ze podczerwonego.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tak, tyle że taki zgrzany polipropylen albo guma praktycznie zawsze nadtopią się na krawędziach albo przypalą.

 

Poza tym wulkanizacja gumy i stapianie polipropylenu polega wyłącznie na roztopieniu materiału i pozwoleniu mu na ponowne skrzepnięcie, a tu mamy do czynienia z powstaniem zupełnie nowej sieci wiązań. Czyli generalnie trafiłeś kulą w płot.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W laboratoriach Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego powstał samonaprawiający się hydrożel, który z pewnością znajdzie zastosowanie w medycynie, np. w funkcji szwów czy transporterów leków, oraz przemyśle. Na zasadzie zamka błyskawicznego żel wiąże się w ciągu zaledwie kilku sekund, w dodatku na tyle mocno, że wytrzyma wielokrotne rozciąganie.
      Hydrożele powstają z łańcuchów polimeru. Ponieważ są galaretowate, przypominają tkanki miękkie. Wcześniej naukowcy nie potrafili uzyskać błyskawicznie samonaprawiających się żeli, co ograniczało ich zastosowania. Zespół Shyni Varghese poradził sobie z tym wyzwaniem, wykorzystując wolne łańcuchy boczne. Wystają one ze struktury pierwotnej (pierwszorzędowej) jak palce z dłoni i mogą się o siebie zaczepiać.
      Samonaprawa to jedna z podstawowych właściwości tkanek żywych, która pozwala im przetrwać powtarzające się uszkodzenia. Nic więc dziwnego, że akademicy nie ustawali w próbach stworzenia sztucznego materiału o podobnych zdolnościach.
      Podczas projektowania cząsteczek łańcuchów bocznych zespół korzystał z symulacji komputerowych. Ujawniły one, że zdolność hydrożelu do samonaprawy zależy od długości "palców". Kiedy w kwasowym roztworze umieszczano dwa cylindry z hydrożelu z łańcuchami bocznymi o optymalnej długości, natychmiast do siebie przywierały. Dalsze eksperymenty pokazały, że manipulując pH roztworu, kawałki hydrożelu można łatwo spajać (niskie pH) lub odłączać (wysokie pH). Proces wielokrotnie powtarzano, bez szkody dla siły związania.
      Ameya Phadke, doktorantka z laboratorium Varghese, podkreśla, że elastyczność i wytrzymałość hydrożelu w kwaśnym środowisku, takim jak w żołądku, pozwala myśleć o tym materiale w kontekście łatania perforacji żołądka czy kontrolowanego dostarczania leków na wrzody.
      Zespół uważa, że samonaprawiający się materiał można by wykorzystać w likwidowaniu przecieków kwasów z uszkodzonych pojemników. Gdy w plastikowym pojemniku wycięto otwór, hydrożel ją zatkał i zahamował wypływ kwasu.
      W przyszłości Amerykanie zamierzają uzyskać hydrożele działające przy innych niż kwasowe wartościach pH.
       
       
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gdy w układzie scalonym dojdzie do uszkodzenia jednego z obwodów, cały układ przestaje prawidłowo działać. Na University of Illinois at Urbana-Champaign powstała technologia, dzięki której układ sam tak szybko naprawia uszkodzenia, iż użytkownik nawet nie zauważa, że coś było nie tak.
      Naukowcy pracujący pod kierunkiem profesorów Scotta White’a i Nancy Sottos opublikowali wyniki swoich badań w piśmie Advanced Materials.
      To upraszcza cały system. Zamiast budować obwody zapasowy czy wbudowywać w układ mechanizmy diagnostyczne, sam materiał został tak zaprojektowany, by rozwiązać problem - mówi profesor Jeffrey Moore.
      Już wcześniej uczeni z Illinois opracowali samonaprawiający się polimer. Teraz zastosowali zdobyte wówczas doświadczenia do stworzenia samonaprawiającego się systemu elektrycznego.
      Nowy materiał zawiera miniaturowe kapsułki umiejscowione na obwodzie. Gdy w układzie pojawi się pęknięcie,które dotrze do mikrokapsułek, wypływa z nich płynny metal, który wypełnia pęknięcia, przywracając funkcjonowanie obwodu.
      Podczas testów wykazano, że naprawa dokonywana jest w ciągu mikrosekund. Aż 90% testowanych układów odzyskało po uszkodzeniu 99% oryginalnej sprawności.
      Cały proces nie wymaga żadnej zewnętrznej interwencji ani przeprowadzania diagnostyki.
      Nowy system przyda się tam, gdzie nie można łatwo wymienić uszkodzonej części. Znajdzie zastosowanie np. w satelitach czy samolotach.
      Naukowcy będą teraz pracowali nad udoskonaleniem swojego systemu i znalezieniem dlań nowych zastosowań. Szczególnie interesuje ich perspektywa stworzenia samonaprawiających się baterii, co powinno zwiększyć żywotność i bezpieczeństwo użytkowania takich urządzeń.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Błysk promieniowania gamma utwardzi tworzywa sztuczne protez stawów. Dzięki temu przetrwają lata i nie powstaną wywołujące skutków ubocznych odłamki.
      Do wykonania poszczególnych części endoprotez wykorzystuje się różne materiały: stal nierdzewną, stopy tytanu, ceramikę. By stymulować wzrost tkanki chrzęstnej, stosuje się m.in. powłokę z nylonu. Okazuje się jednak, że w trakcie użytkowania powstają odpryski, które drażnią tkanki, prowadząc do bolesnego stanu zapalnego.
      W swoich najnowszych badaniach Maoquan Xue z Changzhou Institute of Light Industry Technology oceniał skutki dodania ceramicznych cząstek i włókien do dwóch materiałów do powlekania endoprotez: 1) polietylenu bardzo wysoko molekularnego o dużej gęstości (UHMWPE) i 2) polieteroeteroketonu (PEEK). Obecnie ani UHMWPE, ani PEEK nie sprawują się wystarczająco dobrze przy naprężeniach powstających w trakcie codziennego użytkowania. Długie łańcuchy polimerowe dobrze rozprowadzają przyłożone siły, co przekłada się na szybkie powstawanie szczelin.
      Gdy jednak do materiału doda się cząstki ceramiczne i kompozyt podda się oddziaływaniu błysku promieniowania gamma, główne łańcuchy polimerowe ulegają rozerwaniu, bez wpływu na ogólną strukturę sztucznej chrząstki. Nie powstają mikroszczeliny, bo łańcuch nie rozciąga się nadmiernie pod wpływem działających sił. Xue uważa, że kompozyt może być bardziej biokompatybilny, co zmniejsza ryzyko odrzucenia przeszczepu. Wskazuje m.in. na większą receptywność w stosunku do osteocytów lub komórek macierzystych.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Miłośnicy serialu science-fiction Star Trek z pewnością pamiętają urządzenie zwane tricorderem. Pozwalało ono, między innymi, ocenić dokładnie stan zdrowia badanego pacjenta na odległość. Nasza medycyna niestety musi posiłkować się sondami, czujnikami i elektrodami, chcąc zdiagnozować chociażby pracę serca. Być może jednak niedługo sen Gene'a Roddenberry'ego (twórcy serialu) zacznie się ziszczać.
      Elektrody i przyczepiane czujniki pozwalają na dokładną analizę rytmu serca, czy oddechu, ale na dłuższą metę jest to rozwiązanie niewygodne - wymaga precyzyjnego przylepiania, uwiązuje pacjenta do aparatury i nie nadaje się dla osób poruszających się. Artykuł w Review of Scientific Instruments, periodyku wydawanym przez American Institute of Physics pozwala spodziewać się rewolucji w tej dziedzinie. A szykują ją dwaj japońscy naukowcy z Kyushu University: Atsushi Mase i Daisuke Nagae.
      Opracowane przez nich urządzenie wykorzystuje do badania pacjenta mikrofale o małej mocy, bardzo czuły odbiornik rejestruje ich odbicia i przesunięcie w fazie, pozwalając zmierzyć nawet bardzo małe zmiany w organizmie. Dalej do działania ruszają cyfrowe algorytmy odszumiania i przetwarzania sygnałów. Po odfiltrowaniu przypadkowych ruchów ciała aparat pozwala w czasie niemal rzeczywistym (z niewielkim opóźnieniem) monitorować pracę serca i autonomicznego układu nerwowego oraz oddychanie.
      Oczywistym zastosowaniem będzie ciągły monitoring chorych, ale potencjalne pola działania to również np. wykrywanie pierwszych oznak senności u kierowcy. Niestety, od razu pojawiły się także pomysły masowego monitorowania skupisk ludzkich, jak wykrywanie oznak stresu wśród pasażerów linii lotniczych, które mogłyby sugerować, że osoba zdenerwowana ma coś na sumieniu, czy może jest nawet terrorystą.
      Wykorzystania słynnego tricordera do inwigilacji autorzy serialu Star Trek nie przewidzieli.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Hiszpański projektant mody Manel Torres nawiązał współpracę z prof. Paulem Luckhamem, specjalistą w zakresie technologii cząstek z Imperial College London, by opracować sprej, który w kontakcie ze skórą tworzy bezszwową tkaninę. Powstały w ten sposób T-shirt można potem zdjąć, uprać i nosić na nowo.
      Na przedpremierowym pokazie dla mediów stworzenie koszulki na modelu zajęło Torresowi zaledwie kwadrans. W poniedziałek (20 września) szersza publiczność zapoznała się z nową technologią na organizowanej przez ICL imprezie Science in style. Hiszpan zaprezentował na niej swoją kolekcję wiosna/lato 2011. Wyjątkowy materiał składa się z krótkich włókien, łączonych w całość za pomocą polimerów. Po dołączeniu rozpuszczalnika do pojemnika ciśnieniowego lub pistoletu lakierniczego trafia ciekła postać tkaniny. Kiedy sprej dociera do skóry bądź innej powierzchni, rozpuszczalnik natychmiast odparowuje. Rozmaite tekstury i kolory da się uzyskać, stosując różne włókna, np. wełniane, lniane lub akrylowe. Torres podkreśla, że jako artyście marzyła mu się niepowtarzalna, komfortowa kreacja, jednak ukryty w nim naukowiec domagał się czegoś, co można by bez problemu wielokrotnie odtworzyć. Chciałem pokazać, jak nauka i technologia mogą pomóc projektantom opracowywać nowe materiały.
      Technologię autorstwa Torresa i Luckhama można zastosować nie tylko w modzie, ale i w medycynie (np. do uzyskiwania bandaży z wysterylizowanych pojemników lub "wstrzykiwania" leków bezpośrednio do rany), kosmetyce (nawilżane chusteczki), przemyśle chemicznym czy w samochodowej bądź meblowej tapicerce. By dogłębniej zbadać możliwości jej wdrożenia, panowie założyli firmę Fabrican Ltd.
       
      http://www.youtube.com/watch?v=ScvdFeh1aOw
×
×
  • Create New...