Nyt fleksibelt materiale ændrer sin porøse karakter, når det udsættes for lys

Forskere ved Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) og University of Tokyo har udviklet et lysresponsivt krystallinsk materiale, der overvinder udfordringer i tidligere undersøgelser.

Fotokrome molekyler ændrer deres elektroniske tilstande eller kemiske strukturer, når de udsættes for lys. De kan spille nøgleroller i udviklingen af ​​'fotoresponsive' materialer, der kan bruges i leveringssystemer til kontrolleret frigivelse af lægemidler, eller at udvikle dynamiske stilladser til vævsteknik, blandt andre applikationer. Men indtil videre, deres anvendelse med faste materialer har vist sig at være udfordrende, fordi materialerne har været for stive til at tillade gentagelige og reversible ændringer.

Susumu Kitagawa fra iCeMS, Hiroshi Sato fra University of Tokyo, og deres kolleger, fremstillet en fleksibel porøs krystal sammensat af et fotoresponsivt dithienylethenderivat, zinkioner (Zn2+), og 1, 4-benzenzenicarboxylat.

Den 'porøse koordineringspolymer' bestod af todimensionale ark forbundet med søjler i fotoresponsive molekyler, som skabte en tredimensionel, sammenfiltrede rammer. Forskerne sammenligner de sammenflettede komponenter med snoet metaltråd og snørepuslespil.

På grund af den indviklede rammes fleksible karakter, kanalerne ændrede form, når de blev udsat for lys. Afstanden mellem de to lag skrumpede ved ultraviolet bestråling derefter udvidet, når den blev oplyst af synligt lys.

Forskerne testede materialets evne til at optage kuldioxid (CO2). Når materialet ikke blev bestrålet, den adsorberede op til 136 milliliter (ml) CO2. Når den udsættes for ultraviolet lys, porerne skrumpede, faldende CO2 -adsorption til 108 ml. Når den derefter udsættes for synligt lys, CO2 -absorption steg igen til 129 ml. Det faldt derefter til 96 ml ved geneksponering for ultraviolet lys.

Polymerens sammenfiltrede ramme muliggør disse reversible og gentagelige CO2 -absorptionsændringer; det giver plads til, at de fotoresponsive molekyler kan transformere, samtidig med at de kan frigive deres stamme i det fleksible materiale.

Foreløbige tests viste, at den porøse krystal også kunne adsorbere andre gasser, såsom nitrogen, ved forskellige temperaturer, men mere detaljeret undersøgelse er påkrævet.

"Vores strategi vil give adgang til en ny dimension af porøse forbindelser som platforme for forskellige fotokemiske omdannelser og fotomodulering af porøse egenskaber, "konkluderer forskerne i deres undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) ved Kyoto University i Japan har til formål at fremme integrationen af ​​celle- og materialevidenskaber, begge traditionelt stærke felter på universitetet, i et unikt innovativt globalt forskningsmiljø. iCeMS kombinerer biovidenskaberne, kemi, materialevidenskab og fysik til at skabe materialer til mesoskopisk cellekontrol og celleinspirerede materialer. En sådan udvikling lover løfte om betydelige fremskridt inden for medicin, farmaceutiske undersøgelser, miljø og industri.