211service.com
Förvandlande material tar nya former
Forskarna som utvecklade självbindande suturer som ändrar form när de utsätts för ljus har nu gjort morphing strukturer som kan anta tre på varandra följande former som svar på förändringar i temperatur. De formförändrande polymererna skulle så småningom kunna användas som borttagbara stentar och självstängande fästelement som används vid montering av komplexa delar.
Strukturerna är gjorda av formminnespolymerer, en klass av material som ändras från en förinställd form till en annan som svar på ett nytt tillstånd, såsom ökad värme. Under de senaste åren har olika forskargrupper skapat polymerer som reagerar på ljus eller ett magnetfält. Men nu har forskare vid MIT och GKSS Research Center i Teltow, Tyskland, lagt till förmågan att omvandla polymerer till en tredje form. Det är första gången man kan få ett material att gå från form A till B till C, säger Robert Langer, professor i kemiteknik vid MIT och en av forskarna.
Multimedia
VIDEO: Se Material Morph
I den Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) denna vecka beskriver forskarna två prototypstrukturer som använder de nya materialen. I den första prototypen expanderar ett tillplattat plaströr efter att ha värmts upp och bildar ett öppet rör som bibehåller denna form även efter kylning. När det värms upp till en ännu högre temperatur krymper röret i diameter. En potentiell applikation: en stent som kan öppnas när den väl placerats i en patients kropp, till exempel inuti en artär, och sedan, efter att stenten har tjänat sitt syfte, värmas upp igen för att göra den tillräckligt liten för att kunna tas bort.
Den andra prototypen vecklas ut och sträcker sedan ut två armar för att fästa sig på plats (se en video av processen här). Denna design kan vara användbar på löpande band för att fästa ihop svåråtkomliga delar, säger Andreas Lendlein , chef för Institutet för polymerforskning vid GKSS Research Center och en av författarna till PNAS-papperet.
Lendlein säger att nyckeln till de nya strukturerna var att utveckla två typer av polymerer som har distinkta smältpunkter. Vid rumstemperatur håller materialet sin första form. Men när det värms över en viss temperatur mjuknar områden i hela materialet, vilket gör att det kan ändras till en mellanform. Vid en ännu högre övergångstemperatur mjuknar resten av materialet, vilket gör att strukturen får sin slutliga form.
Även om forskarna designade polymerer specifikt för detta projekt, säger Lendlein att resultaten visar en generell princip som skulle kunna fungera med en mängd olika polymerer. Han säger faktiskt att för specifika tillämpningar kan forskare behöva byta material för att göra dem kompatibla för användning i kroppen och för att minska kostnaderna för användning i tillverkningen. Lendlein arbetar med mNemovetenskap , baserat i Aachen, Tyskland, en spin-off av MIT och RWTH Aachen University, för att kommersialisera den nya tekniken.
Richard Vaia, forskare vid Flygvapnets forskningslaboratorier , säger att arbetet är en del av en trend inom formminnesforskning mot mer komplexa material med högre prestanda. Medan tidiga tillämpningar, som shrink-wrap, var enkla, använder forskare nanopartiklar för att öka mängden kraft som materialen kan applicera när de ändrar form, och de utvecklar nya sätt att utlösa förändringarna, säger Vaia. Ett annat stort mål skulle gå utöver Lendleins flerformade material till de som kan ändra form reversibelt och återgå till den ursprungliga formen för applikationer som kräver upprepade rörelser.