Als je naar het filmpje kijkt dan lijkt het net alsof een bloemknop zich opent, maar het materiaal waar die bloem uit bestaat is kunststof. Een kunststof die te ‘programmeren’ is om van vorm te veranderen. Die bloem is natuurlijk maar een geintje. De onderzoekers denken dat de programmeerbare polymeren gebruikt kunnen worden als implantaten.
De bloem opent zich laag na laag doordat het gebruikte polymeer is ‘voorbestemd’ (geprogrammeerd mag ook). Dat programmeerbare polymeer is ontwikkeld door onderzoeker Qiaoxi Li van de universiteit van Noord-Carolina. De bloem is een paar centimeters groot en het duurt twee uur voordat die zich helemaal opent. “Ik was verbaasd toen ik die bloem de eerste keer zag. Hij lijkt zo echt”, zegt Li’s mentor Sergei Sheiko. “Het is dood materiaal. Als je de verf verwijderd, dan is het gewoon een wit polymeer. Het is net of we het materiaal tot leven hebben gebracht.”
De bloem laat zien hoe lagen van dat polymeer kunnen worden geprogrammeerd om in de loop van vorm te veranderen. De bloem is mooi maar Sheiko heeft praktischer toepassingen in gedachten. Die technologie zou bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden voor medische implantaten die de juiste vorm krijgen nadat ze via een ‘kijkgat’ in het lichaam zijn gebracht.
Het materiaal is een gelachtige polymeer die wat weg heeft van kraakbeen. De vormverandering van het materiaal wordt gestuurd door twee chemische bindingen: een klein deel sterke covalente bindingen tussen de atomen van het polymeermolecuul en vele zwakke waterstofbruggen.
Als een polymeervel wordt gevouwen dan wordt de elastische energie opgeslagen in die sterke bindingen. Dat is de energie die de vormverandering aandrijft, net zo iets als een elastiekje dat na uitrekking terugspringt in zijn oorspronkelijke vorm. Het verschil met dat elastiekje is dat de waterstofbruggen die sterke, covalente krachten tegenwerken en de vormverandering als het ware afremmen. Door nu te zorgen voor het juiste aantal sterke en zwakke bindingen op welgekozen plaatsen, kunnen de onderzoekers ingewikkelde structuren maken die terugvouwen volgens een voorgeprogrammeerde sequentie in een van te voren vastgestelde tijd. Zo kun je structuren maken die in minuten van vorm veranderen of die daar uren over doen.
Vanzelf
De vormverandering gebeurt ook vanzelf. Er zijn andere materialen die van vorm veranderen, zoals geheugenlegeringen, maar daar is iets nodig om de vormverandering in gang te zetten (bij geheugenlegeringen temperatuurveranderingen).
“Het idee achter dit onderzoek”, zegt Sheiko, “was om synthetische materialen te ontwikkelen die zich gedragen als levend weefsel. Conventionele synthetische materialen reageren louter op stimuli zoals temperatuurverandering. Levende weefsels kunnen veel meer. Die hebben een interne klok en kunnen zich aanpassen. Het is enorm lastig dat na te bootsen, maar de volgende generatie synthetische materialen zal wel enkele functies van levende weefsels hebben.”
Bron: the Guardian