Samoleczące się polimery

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.

samonaprawa polimery wiązania kowalencyjne trithiocarbonate Krzysztof Matyjaszewski Carnegie Mellon University Kyushu University