p Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio projetam polímeros com uma unidade molecular sensível ao estresse que responde a forças externas ativando sua fluorescência. Os pesquisadores demonstram que a fluorescência é dependente da magnitude da força e mostram que é possível detectar ambos, deformações de polímero reversíveis e irreversíveis, abrindo a porta para a exploração de novos regimes de força em polímeros. p Além de causar movimento físico, forças mecânicas podem conduzir mudanças químicas de maneiras controladas e produtivas, permitindo propriedades materiais desejáveis. Uma maneira de fazer isso é introduzir um chamado mecanóforo no material, unidades moleculares que são sensíveis ao estresse ou tensão. Especificamente, mecanóforos mecanocrômicos, que alteram suas propriedades ópticas em resposta a estímulos mecânicos, são bastante úteis na quantificação de seu ambiente mecânico local.

p Contudo, o mecanismo de resposta em jogo na maioria dos mecanóforos envolve o corte de ligações químicas. Consequentemente, eles requerem forças mecânicas relativamente grandes para serem ativados e sua resposta geralmente não é reversível. Para resolver esses problemas, pesquisadores liderados pelo Prof. Yoshimitsu Sagara do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) já haviam desenvolvido mecanóforos supramoleculares que mostram ativação / desativação instantaneamente reversível de fluorescência sem qualquer cisão de ligações covalentes. O próximo desafio da equipe foi determinar se as respostas mecânicas reversíveis e irreversíveis podem ser obtidas a partir do mesmo motivo molecular.

p Em um novo Jornal da American Chemical Society estude, a equipe explora esta questão usando uma arquitetura molecular incomum chamada "rotaxano", na qual uma molécula em forma de haltere é enfiada através de um "anel" de modo que sejam mecanicamente interligados, ou seja, o "anel" normalmente não pode ser puxado para fora. Ao anexar um par quencher-emissor ao rotaxano e selecionar os tamanhos apropriados de porções de anel e rolha, a equipe demonstra um novo tipo de resposta do mecanóforo que pode ser reversível ou irreversível, dependendo da magnitude da força aplicada (Figura 1).

p “Quando não há força aplicada, a interação atrativa mantém o anel que contém o emissor perto do supressor fixo no eixo do rotaxano, para que a emissão seja extinta, "explica Sagara." Ao aplicar uma força fraca, o emissor é movido para longe do supressor, e sua fluorescência é ligada. Este efeito é reversível, a menos que a força seja suficientemente alta para empurrar o anel para além da rolha de forma que ocorra o destilamento irreversível. "

p Ao investigar um conjunto cuidadosamente projetado de diferentes rotaxanos, a equipe demonstrou que a combinação de anéis apropriadamente selecionados e porções de batente com o tamanho certo é crucial para obter estruturas interligadas que exibem tal resposta dupla. Os pesquisadores da Tokyo Tech colaboraram com parceiros suíços do Adolphe Merkle Institute da Universidade de Friburgo para incorporar os novos mecanóforos em borrachas elásticas de poliuretano. Esses materiais que exibem alterações reversíveis de fluorescência ao longo de muitos ciclos de estiramento e liberação para cepas baixas, devido à função de transporte, ao passo que mudanças permanentes foram observadas quando as borrachas foram submetidas a repetidas deformações a altas deformações devido ao desprendimento do anel do eixo. "Este mecanismo permite que um, pelo menos conceitualmente, para monitorar a deformação real dos materiais poliméricos e examinar os danos mecânicos que foram infligidos no passado com base em um sinal óptico ", diz Sagara.

p Especulando as possíveis implicações de seus resultados, um entusiasmado Sagara comenta, "Estender a biblioteca atual de mecanóforos com nossos candidatos à base de rotaxano seria útil para estudar as propriedades mecânicas não apenas de polímeros, mas também de células e tecidos, já que nossos mecanóforos podem responder a forças muito menores em comparação com as que envolvem a cisão de ligações químicas. "

p Simplificando, os rotaxanos podem permear todas as ciências naturais.