Naukowcy z Chin opracowali polimer z pamięcią kształtu, do którego można przyłączać różne typy nanocząsteczek. Zniekształcony polimer wraca do poprzedniego kształtu poprzez zanurzenie w wodzie.
Materiały stworzone w nanoskali często oferują inne właściwości, niż te budowane w mikro lub makroskali. Kompozyty projektowane obecnie w wielu przypadkach łączą te właściwości poprzez zastosowanie cząstek w rozmiarach nano i mikro. Shu-Hong Yu wraz z kolegami z University of Science and Technology w Chinach stworzył prosty polimer z pamięcią kształtu, który może służyć jako nośnik dla wielu funkcjonalnych nanocząstek.
Polimerem tym jest chitozan – substancja organiczna, polisacharyd, pochodna chityny. Roztwór chitozanu przygotowano poprzez rozpuszczenie proszku chitozanu w 50 ml wodnego roztworu kwasu octowego. Następnie roztwór wlano do formy z silikonowej gumy, umieszczonej na szczycie stalowego pręta chłodzonego ciekłym azotem. Kształt polimerowego nośnika był regulowany poprzez użycie form o odmiennych kształtach. Niska temperatura powodowała tworzenie się chitozanowych łańcuchów polimerowych, które w efekcie stanowiły nierozpuszczalną i wytrzymałą gąbkę. Tak zamrożone próbki zostały poddane liofilizacji (procesowi polegającemu na usunięciu wody z zamrożonego materiału na drodze sublimacji lodu – z pominięciem przejścia w stan ciekły).
Szkielet chitozanowy wprowadzony do roztworu z nanocząsteczkami zostaje nimi pokryty i pęcznieje poprzez oddziaływania elektrostatyczne. Różnorodność nanocząstek, które mogą być przyłączone do szkieletu 3D z pamięcią kształtu, stwarza możliwość powstania kompozytów o odmiennych cechach np. magnetyzmem (Fe3O4) czy właściwościami przeciwbakteryjnymi (nanocząstki srebra). Mogą powstać także wielofunkcyjne materiały poprzez dodanie dwóch typów nanocząstek jednocześnie. Nie ma znaczenia ile razy szkielet będzie złożony – jeśli zostanie umieszczony w wodzie powróci do pierwotnego kształtu.
Naukowcy do pokrycia chitozanowego rusztowania wykorzystali m.in. nanocząsteczki Fe3O4 (za pomocą reakcji wysokotemperaturowej hydrolizy), koloidalne nanocząstki złota i srebra, nanorurki węglowe (rozpuszczalne w wodzie poprzez chemiczne utlenienie), nanodruty z Ag i Te, stabilne wodne dyspersje grafitowe oraz rozpuszczalne w wodzie kropki kwantowe CdTe.
Jinsong Leng, ekspert w dziedzinie inteligentnych materiałów z Harbin Institute of Technology w Chinach, podkreśla – Materiały z pamięcią kształtu, oraz możliwością montażu dodatkowych cząstek, będą odgrywać ważną rolę przy tworzeniu inteligentnych materiałów i samoorganizacyjnych struktur.
Zespół pod kierownictwem Shu-Hong Yu pracuje obecnie nad przyłączeniem grafenu i nanodrutów do chitozanowego szkieletu, aby wytworzyć jeszcze bardziej zaawansowane nanokompozyty.
Źródło:
[1] A shape-memory scaffold for macroscale assembly of functional
nanoscale building blocks. Huai-Ling Gao, Yang Lu, Li-Bo Mao, Duo An, Liang Xu, Jun-Tong Gu, Fei Long and Shu-Hong Yu.
[2] http://www.rsc.org/suppdata/mh/c3/c3mh00040k/c3mh00040k.pdf | 11.09.2013
[3] Nano-structure of epoxy sealant by Bo Chen (UCL Chemistry), flickr.com, CC BY 2.0