211service.com
Morphing-materialen krijgen nieuwe vormen
De onderzoekers die zelfbindende hechtingen ontwikkelden die van vorm veranderen wanneer ze worden blootgesteld aan licht, hebben nu morphing-structuren gemaakt die drie opeenvolgende vormen kunnen aannemen als reactie op temperatuurveranderingen. De vormveranderende polymeren zouden uiteindelijk kunnen worden gebruikt als verwijderbare stents en zelfsluitende bevestigingsmiddelen die worden gebruikt bij het samenstellen van complexe onderdelen.
De structuren zijn gemaakt van polymeren met vormgeheugen, een klasse materialen die van de ene vooraf ingestelde vorm naar de andere veranderen als reactie op een nieuwe toestand, zoals verhoogde hitte. De afgelopen jaren hebben verschillende onderzoeksgroepen polymeren gemaakt die reageren op licht of een magnetisch veld. Maar nu hebben onderzoekers van het MIT en het GKSS Research Center in Teltow, Duitsland, de mogelijkheid toegevoegd om polymeren in een derde vorm te veranderen. Dit is de eerste keer dat je een materiaal van vorm A naar B naar C kunt laten gaan, zegt Robert Langer, hoogleraar scheikunde aan het MIT en een van de onderzoekers.
Multimedia
VIDEO: Zie de materiële Morph
In de Proceedings van de National Academy of Science (PNAS) beschrijven de onderzoekers deze week twee prototypestructuren die de nieuwe materialen gebruiken. In het eerste prototype zet een afgeplatte plastic buis na verhitting uit en vormt een open buis die deze vorm ook na afkoeling behoudt. Bij verhitting tot een nog hogere temperatuur krimpt de buis in diameter. Een mogelijke toepassing: een stent die kan worden geopend zodra deze in het lichaam van een patiënt is geplaatst, zoals in een slagader, en vervolgens, nadat de stent zijn functie heeft vervuld, opnieuw kan worden verwarmd om deze klein genoeg te maken om te worden verwijderd.
Het andere prototype ontvouwt zich en verlengt vervolgens twee armen om zichzelf op zijn plaats te bevestigen (zie hier een video van het proces). Dit ontwerp kan handig zijn op assemblagelijnen voor het aan elkaar bevestigen van moeilijk bereikbare onderdelen, zegt Andreas Lendlein , hoofd van het Institute for Polymer Research van het GKSS Research Center en een van de auteurs van de PNAS-paper.
Lendlein zegt dat de sleutel tot de nieuwe structuren de ontwikkeling van twee soorten polymeren was met verschillende smeltpunten. Bij kamertemperatuur behoudt het materiaal zijn eerste vorm. Maar bij verhitting boven een bepaalde temperatuur worden delen van het materiaal zachter, waardoor het in een tussenvorm kan veranderen. Bij een nog hogere overgangstemperatuur wordt de rest van het materiaal zachter, waardoor de structuur zijn uiteindelijke vorm krijgt.
Hoewel de onderzoekers speciaal voor dit project polymeren hebben ontworpen, zegt Lendlein dat de resultaten een algemeen principe aantonen dat met een verscheidenheid aan polymeren zou kunnen werken. Hij zegt inderdaad dat onderzoekers voor specifieke toepassingen misschien materialen moeten veranderen om ze compatibel te maken voor gebruik in het lichaam en om de kosten voor gebruik in de productie te verlagen. Lendlein werkt samen met mNemowetenschap , gevestigd in Aken, Duitsland, een spin-off van MIT en RWTH Aachen University, om de nieuwe technologie te commercialiseren.
Richard Vaia, een onderzoeker aan de Onderzoekslaboratoria van de luchtmacht , zegt dat het werk deel uitmaakt van een trend in vormgeheugenonderzoek naar meer complexe, hoogwaardigere materialen. Terwijl vroege toepassingen, zoals krimpfolie, eenvoudig waren, gebruiken onderzoekers nanodeeltjes om de hoeveelheid kracht die de materialen kunnen uitoefenen te vergroten als ze van vorm veranderen, en ze ontwikkelen nieuwe manieren om de veranderingen teweeg te brengen, zegt Vaia. Een ander belangrijk doel zou verder gaan dan Lendlein's meervormige materialen, naar materialen die omkeerbaar van vorm kunnen veranderen en terugkeren naar de oorspronkelijke vorm voor toepassingen die herhaalde bewegingen vereisen.