Новости химической науки > Свет указывает дорогу гелю

Международная группа ученых разработала гель, который может двигаться вперед и назад в пробирке в ответ на изменения в интенсивности света.

Поскольку гель может менять направление своего движения, то в какой-то момент он сможет быть использован в качестве материала, позволяющего крошечным умным роботам приблизиться к благоприятной для него окружающей среде или избегать неблагоприятного воздействия.

За способность гель двигаться можно поблагодарить реакцию Белоусова-Жаботинского (BZ). Реакции Белоусова-Жаботинского известны благодаря протеканию химического процесса в колебательном режиме, возникающем в результате закономерностей термодинамики неравновесных процессов. За счет включения реакции Белоусова-Жаботинского в определенные гели становится возможным получение мягких материалов, которые могут продемонстрировать повторяющиеся расширение и сжатие достаточно большой силы.

Когда один конец BZ-геля сделан так, что он колеблется быстрее, чем другой конец, разница в частотах колебания способствует движению геля в направлении более быстрых колебаний.

Опираясь на это свойство, исследователи под руководством Ирвинга Эпштейна (Irving Epstein) из Брандейского университета в США и Цинюй Гао (Qingyu Gao) из Китайского университета горного дела и технологии использовали светочувствительный катализатор для BZ-реакции, чтобы создать фоточувствительную. Совершенно уверенные в том, что гель будет двигаться в обратном направлении от источника света, ученые были поражены тому, что они также способны заставить гель двигаться в направлении света просто за счет незначительного изменения интенсивности излучения.

Гель, удаляющийся от света, (слева), и гель, двигающийся по направлению к свету, (справа). (Рисунок из Chem. Commun., 2013, 10.1039/c3cc44480e)

Эпштейн поясняет, что это происходит благодаря «неожиданному максимуму частоты», при котором частота колебаний геля достигает максимума при определенной интенсивности излучения. Такому максимуму исследователи дали название Imax. Когда освещение такое, что оба конца геля превышают эту точку максимума, у конца геля, находящегося в темноте, частота колебаний будет выше, и гель будет удаляться от света. При освещении, когда оба конца геля имеют частоту ниже максимума частоты колебаний, более освещенный конец геля будет иметь большую частоту колебаний, и тогда гель движется в направлении света.

В качестве варианта Эпштейн предлагает, чтобы один конец геля облучался светом с интенсивностью выше Imax, а другой конец – ниже Imax, тогда направление движения будет зависеть от того, где частота колебаний выше. Таким образом, можно заставить гель двигаться по направлению к свету или от света, меняя лишь интенсивность света, падающего на один из концов геля.

Аннетт Тейлор (Annette Taylor), эксперт по химическим осцилляторам из Университета Лидса в Великобритании, охарактеризовала открытие Эпштейна и Гао как восхитительную работу, которая демонстрирует, как фототаксис [движение, чувствительное к свету] может быть достигнут в системе синтетического мягкого вещества.

В настоящее время исследователи рассматривают широкий набор подходов для развития своей идеи, надеясь создать сложные устройства и роботов, которые смогут проявлять чувствительность к различным вариантам освещения, а также другим воздействиям.

Источник: Chem. Commun., 2013, 10.1039/c3cc44480e

метки статьи: #новые материалы, #химия полимеров