I materiali che contengono speciali molecole polimeriche potrebbero un giorno essere in grado di avvisarci quando stanno per guastarsi, ricercatori hanno detto. Gli ingegneri dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign hanno migliorato le loro molecole sensibili alla forza precedentemente sviluppate, chiamati meccanofori, produrre reversibile, cambiamento di colore rapido e vibrante quando viene applicata una forza.

Il nuovo studio condotto dal ricercatore post-dottorato Hai Qian, professore di scienze e ingegneria dei materiali e capo Nancy Sottos, e il direttore del Beckman Institute of Advanced Science and Technology Jeffrey Moore è pubblicato sulla rivista chimica .

Il team di Moore lavora con i meccanofori da più di un decennio, ma gli sforzi passati hanno prodotto molecole che erano lente a reagire e tornare al loro stato originale, se non del tutto. Questa incapacità di produrre una risposta on/off ha limitato il loro uso come sonde molecolari che segnalano continuamente le condizioni meccaniche di un materiale, i rapporti di studio.

"Il cambiamento di colore è il risultato dello stress applicato ai legami che collegano i meccanofori a una catena polimerica, " ha detto Qian. "Stiamo ora legando i meccanofori alle catene polimeriche usando uno schema di disposizione diverso, chiamata struttura ossazinica. La nuova struttura permette un cambio colore istantaneo e reversibile, quindi invece del polimero che diventa lentamente più scuro nel tempo, il colore cambia rapidamente quando viene applicata la forza e scompare quando la forza viene rimossa."

I materiali che contengono i nuovi meccanofori potrebbero essere usati come sensori di stress per consentire ai ricercatori di studiare gli effetti dello stress sui materiali prima che si rompano.

"La risposta rapida e la reversibilità consentiranno agli ingegneri di monitorare meglio, rilevare rapidamente e rispondere rapidamente a una struttura sovraccaricata in laboratorio ed eventualmente sul campo, " ha detto Sottos.

Una sfida di lunga data nella scienza dei materiali è stata l'osservazione del carico meccanico e di altre sollecitazioni nei materiali a livello di singola molecola. Sebbene questo progresso non possa farlo, Moore dice che l'obiettivo è più vicino con lo sviluppo di questo nuovo tipo di meccanofori.

"C'è più lavoro da fare, ma questo progresso apre le porte a una visione dettagliata di ciò che sta accadendo a livello molecolare in tutti i tipi di materiali, "Ha detto Moore. "Nel campo della biomeccanica, Per esempio, vediamo questa ricerca come un trampolino di lancio verso un migliore monitoraggio di come i nostri corpi reagiscono alle forze esterne dal livello cellulare e oltre".