Новости химической науки > Конвейер из гидрогеля

Химики из Японии разработали осциллирующий полимер, производящий «волны», способные толкать или тянуть груз по его поверхности. Полимер, который может двигаться без внешних воздействий, является шагом вперед к созданию автономных миниатюрных насосов, которые смогут найти применение во многих областях.

Волна (отмечена зеленым) перемещается по гелю. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2008, DOI: 10.1002/anie.200801347)

Секрет нового материала кроется в колебательной химической реакции, заставляющей полимер к неоднократному сжатию и расширению. Такая реакция способствует «перистальтическому» движению, похожему на сокращению мышц, направляющих движение пищи в одном направлении по пищеводу.

Для получения нового материала исследователи из Университета Васеда получили гидрогель из поперечно сшитого полимера и рутениевого комплекса. Далее полученный гидрогель поместили в раствор для пропитки другими компонентами колебательной реакции Белоусова-Жаботинского.

Реакция Белоусова-Жаботинского является классической лабораторной демонстрацией «химических часов», при работе которых раствор «переключается» между двумя цветами. Реакция необычна, так как она не достигает состояния химического равновесия, вместо этого протекает несколько вязанных между собой прямых и обратных реакций. Ионы переходных металлов в растворе непрерывно окисляются и восстанавливаются, что вызывает изменение цвета раствора.

В новом перистальтическом геле ионы рутения непрерывно переходят между окислительным состоянием Ru(II) и Ru(III). Благодаря тому, что Ru(II) понижает растворимость геля в воде по сравнению с Ru(III), гель периодически растягивается и сжимается по мере протекания реакции.

Для демонстрации возможности новой методики исследователи продемонстрировали возможность использования полимера в качестве конвейера для перемещения вперед цилиндрического объекта. Хотя для работы гидрогеля не требуется внешнее воздействие, как, например, воздействие электричеством или изменение уровня рН, реакция может «включаться» или «выключаться» действием света, ее дальнейшее изучение еще в процессе.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2008, DOI: 10.1002/anie.200801347

метки статьи: #новые материалы, #физическая химия, #химия поверхности, #химия полимеров