Ученые из Китая и США дали кукле, вырезанной из фольги, возможность сгибаться с помощью искусственной мышцы, которая сделана из гибкой и прочной кристаллической пластмассы – полимерных ковалентных органических каркасов (polyCOF). Коротко об этом сообщает EurekAlert!, подробное описание материала дано в журнале ACS Central Science.
Ковалентные органические каркасы (covalent organic frameworks, COFs) – класс легких твердых материалов, в которых простые органические строительные блоки, такие как углеродсодержащие молекулы, связаны с борной кислотой или альдегидными группами, с ковалентными связями. В целом по своему составу этот материал не отличается от обычных пластмасс, однако на молекулярном уровне у него совершенно иная структура. Если в твердых пластмассах полимерные цепи молекул соединяются хаотично, то в COF они образуют кристаллическую структуру. Между этими цепями образуются поры, благодаря чему материал очень легкий. COF можно использовать хранения газа (например, водорода) и для доставки лекарств. Однако эти каркасы обычно существуют в виде нано- или микроразмерных кристаллических порошков – они хрупкие и из них нельзя сделать более крупные листы или мембраны, которые были бы полезны для многих практических применений. Ученые попытались улучшить механические свойства COF, используя линейные полимеры в качестве строительных блоков.
Исследователи получили полимерные ковалентные органические каркасы (polyCOF) на основе существующей структуры COF, но во время синтеза соединения они добавляли полиэтиленгликоль (ПЭГ) к реагентам. Цепи ПЭГ перекрывали пористое пространство COF, создавая более компактную, прочную и стабильную структуру. В отличие от обычных каркасов, полимерные каркасы можно включать в гибкие мембраны, которые могут многократно изгибаться, скручиваться или растягиваться без повреждений.
Чтобы продемонстрировать, как polyCOF можно использовать в качестве искусственной мышцы, команда сделала из фольги куклу, к которой прикрепили полученную мембрану. Под воздействием паров этанола кукла «садилась», а когда потом паров прекращался – ложилась обратно. Исследователи повторили эти действия несколько раз, заставляя куклу сгибаться. По словам исследователей, расширение пор polyCOF под воздействием газа, вероятно, объясняет гимнастические «способности» куклы.
[Фото: AMERICAN CHEMICAL SOCIETY]
