Da alcuni decenni si studiano polimeri che esplicano le loro funzioni alla luce perché consentono la miniaturizzazione dei dispositivi, risparmio energetico, e preciso controllo del segnale. Polimeri a base di azobenzene, diariletene, ecc. sono i pionieri, e sono stati riportati molti esempi di motori azionati dalla luce e muscoli artificiali. D'altra parte, acido cinnamico, che è un costituente della lignina nel legno naturale, esibiscono anche la funzione dei raggi ultravioletti (UV), in modo che sia stato applicato ai polimeri. Il meccanismo di deformazione di questi polimeri a base di cinnamato non è stato chiarito perché le due reazioni di isomerizzazione cis-trans del doppio legame e cicloaddizione [2+2] avvengono quasi contemporaneamente. Poiché il meccanismo non è stato chiarito, il suo utilizzo come materiale fotodeformabile non ha ricevuto la stessa attenzione dei suddetti azobenzene e diariletene.

Per affrontare questi problemi, un team di ricercatori del Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) sta studiando il meccanismo di fotoflessione dei film di polycinnamete a base biologica. Il loro ultimo studio, pubblicato in Materiali e interfacce applicati ACS , è stato guidato dal professor Tatsuo Kaneko e l'assistente professore Kenji Takada ha coinvolto anche il professor Hideyuki Murata, Professore Associato Kosuke Okeyoshi, e il professore assistente di ricerca Amit Kumar.

In questo studio, i poliesteri sono stati sintetizzati a base di cumarati in cui i gruppi idrossilici sono stati sostituiti negli aromatici del cinnamato. Tra loro, quelli che mostrano fotodeformabilità erano poli(acido 3-idrossicinnamico) (P3HCA) e poli(3, acido 4-diidrossicinnamico) (PdHCA). Sebbene entrambi i film avessero un'unità di cinnamato, P3HCA ha mostrato una deformazione convessa rispetto a una sorgente UV, e PdHCA hanno mostrato una deformazione concava, rispettivamente. Queste differenze sono state analizzate mediante varie analisi spettrali. Primo, quando è stata misurata la durata della fluorescenza, si è scoperto che ci sono due stati eccitati in P3HCA. Prossimo, mediante misurazione spettroscopica a infrarossi (IR) risolta nel tempo, l'assorbimento del doppio legame dell'unità cinnamato è stato tracciato dalla variazione dello spettro IR durante l'irradiazione UV.

Nel caso di P3HCA, è stato confermato che l'assorbimento del legame -CH=CH- formato in cis era aumentato aumentando il tempo di irradiazione UV. D'altra parte, in PdHCA, non è stato confermato alcun cambiamento nell'assorbimento di -CH=CH- formato in cis. Per dimostrare queste fotoespansioni, è stato condotto un esperimento in cui un film di P3HCA è stato coperto con una fotomaschera e i raggi UV sono stati irradiati dall'alto. Quando il film autoportante è stato irradiato con UV attraverso una fotomaschera, anche la superficie non irradiata ha mostrato una deformazione. Perciò, quando è stato condotto un esperimento di irradiazione con il film P3HCA rivestito sul substrato di vetro, non vi era alcuna deformazione della superficie, lato opposto, non irradiato con UV, e non si è osservata alcuna deformazione della parte ricoperta dalla fotomaschera. Dai risultati di cui sopra, si è scoperto che P3HCA mostra una deformazione convessa espandendosi rispetto all'UV a causa dell'isomerizzazione cis.

Non c'è nessun altro esempio che sia a base biologica e possa controllare la deformazione rispetto alla luce UV. Inoltre, spiegando il meccanismo di deformazione dei policinnamati attraverso questa ricerca, ci si può aspettare un controllo preciso della fotodeformabilità basato su un design polimerico denso. Il fatto che la fotodeformabilità differisca a seconda della forma della molecola, come spiega il Prof. Kaneko:“pur essendo gli stessi costituenti, i comportamenti di deformazione erano diversi. Questi risultati supportano fortemente la correlazione tra la struttura e le proprietà fisiche dei polimeri a base di cinnamato, e questo studio diventa la buona prospettiva dei polimeri a base biologica e fotosensibili." Inoltre, ci si può aspettare che contribuisca notevolmente allo sviluppo di nuovi materiali basati sulla progettazione molecolare.

Si spera che ulteriori progressi nel policinnamato a base biologica come materiali fotodeformabili ci avvicineranno a un attuatore controllabile più precisamente e a una società sostenibile.