پلیمرهای متحرک در اثر تابش نور

شیمیدانان ژاپنی به تازگی موفق به ابداع فیلم های پلیمری متحرکی در اثر تابش نور شده اند که مانند کرم به راه می افتند و حرکاتی شبیه بازوهای روباتیک (بازوی خودکار) دارند.

این فیلم توسط Tomiki Ikeda و همکارانش از پلی تکنیک توکیو در یوکوموها تولید شده و شامل پلیمری است که در اثر تابش نور مرئی منقبض و با تاباندن UV دوباره به حالت اول بازگشته، منبسط می شود.

با کنترل شدت نور تابشی و موقعیت تمرکز نور بر فیلم، محققان پلیمر شبه ربات را به حرکت در جهات مطلوب واداشتند.

این پلیمرها به سبب داشتن گروه های آزوبنزن – شامل بانددوگانه ی  N=N- در برابر تابش نور عکس العمل نشان می دهند. در اثر تابش نور مرئی کنفورماسیون باندهای N=N به صورت سیس درآمده که به معنی خم شدن پلیمر است. اما در صورت تغییر منبع نور به تابش  UVباندها به فرم ترانس درآمده که منجر به باز شدن پلیمر می شود.

قرار دادن مولکول پروتئین تحت طول موج های متفاوت نور تابشی باعث ایجاد تغییرات ساختاری شامل تبدیل کنفورماسیون گروههای آزو از ترانس به سیس و بالعکس می شود. در تصویر زیر این تغییر ساختار مشهود است:

جابجایی فیلم پلیمری مانند یک کرم به کمک انتهای نوک تیز (قسمت انتهایی کرم) و سر مسطح آن (قسمت جلویی کرم) صورت می گیرد. با منقبض شدن پلیمر بخش انتهایی به سمت جلو کشیده می شود، سپس با تغییر منبع نور به اشعه ی UV، پلیمر باز شده و بخش جلویی آن پیشروی می کند. این انقباض ها و انبساط های متوالی باعث حرکت رو به جلو پلیمر مانند یک کرم می شود.

(جابجایی فیلم پلیمری در اثر تغییر نور تابشی ازماوراء بنفش به مرئی)

در یک بازوی روباتیک (بازوی خودکار) نیز بخشهای به هم متصلی وجود دارند که یکی از آنها فیلم پلیمری است، اما در اینجا فیلم پلیمری وصفحات متصل به آن به طورمتناوب عمل کرده و باعث ایجاد یک اتصال لولایی می شوند که منجر به حرکات خمشی منعطف بازو می شود. با کنترل شدت نور تابشی و موقعیت تمرکز نور محققان قادر به ایجاد حرکات مطلوب توسط این بازو خواهند بود.

ازمزایای این پلیمر – که دارای حداقل قطعات متحرک است –  به حداقل رساندن اصطکاک و مشکلات تماس سطحی است. از طرفی به نظر می رسد که این روش کاربردهای دیگری مانند تبدیل مستقیم انرژی تابشی به انرژی مکانیکی، سیستم های ذخیره سازی وکاربرد درتجهیزات  microfluidic  را داشته باشد.

Graeme George  یکی از کارشناسان پلیمر از پلی تکنیک  Queensland  معتقد است که مزیت این روش دربکار بردن فرآیندهای نوری بازگشت پذیر است.

او همچنین افزود: زمان آن رسیده که مطالعات جامع تری بر چنین سیستم هایی برای بررسی رقابت بین پلیمرهای متحرک در اثر تابش نور با پلیمرهای فعال الکتریکی یا electroactive همتا انجام شود.

یکی از زمینه های کاربردی این پلیمرها “ایجاد نیروی محرکه ی موتورهای پلاستیکی بااستفاده از تابش نور” است.

در این موتور نور UVبه بالای چرخ دنده و نور مرئی به قسمت پایینی آن تابانده شده، باعث حرکت تسمه و در نتیجه موتور می شود.