Jeremiah Johnson és kollégái fejlesztése polimerekből és fényérzékeny molekulákból áll, amelyek képesek megváltoztatni az anyagban létrejött kémiai kötéseket. Ezek a matériák a jövőben például arra lehetnek használhatók, hogy különböző tárgyakon olyan bevonatként szolgáljanak, amely sérülés esetén képes keményről puhára változni, „öngyógyulni”, majd ismét megkeményedni.
A polimerek olyan tulajdonságai, mint a keménység vagy a tágulás mértéke topológiájuk függvénye, vagyis azon múlik, hogyan vannak az anyagban elrendeződve a molekulák. Ezen alapesetben az anyag legyártása után nem lehet változtatni, legalábbis úgy nem, hogy a visszafordítható legyen. Egy gumilabda például rugalmas marad, hacsak valamivel, mondjuk hővel meg nem változtatjuk a szerkezetét, de ezt követően nem fogjuk tudni újra rugalmassá tenni.
Az MIT szakértőinek új polimerei viszont képesek két topológiai állapot között visszafordíthatóan ide-oda váltani. Johnson és társai évekkel ezelőtt létrehoztak egy különleges polimercsaládot, amely fémet tartalmazó, piciny „ketrecekből” és ezeket összekötő, rugalmas polimer kapcsolódásokból épül fel. A ketrecek mérete a fématomok számától függ, az új anyagban, amely szintén ilyen szerkezetű, például palládium atomok vannak, amelyek négy kötést tudnak létesíteni, és attól függően, hogy hány fématom kerül egy-egy ketrecbe, nő vagy csökken annak mérete.
Az új anyagban a ketrecméretek változtatása révén változtathatók meg a fizikai tulajdonságok. Az egyik topológiai állapotban 24 palládium atom és 48 hozzájuk kapcsolódó ligand alkot egy ketrecet, míg a másik állapotban 3 palládium atom és 6 ligand építi fel a részegységeket. És az anyag a két állapot között képes visszafordíthatóan váltani. Ezt úgy érték el a szakértők, hogy a ligandokba egy fényérzékeny molekulát építettek be, amely ultraibolya fénynek kitéve szerkezetet vált, és ezzel megváltoztatja a ligand és a fématom közötti kötés szögét. Az új állapot arra készteti a ketreceket, hogy felbomoljanak, és az új kötésszögekhez „kényelmesebben” passzoló, nagyobb ketrecekbe álljanak össze.
Ha a ligandot zöld fény éri, ennek fordítottja történik meg: a térszerkezet úgy változik meg, hogy geometriailag ismét a kisebb ketrecek lesznek optimálisak. A szerkezetváltás mintegy öt órát vesz igénybe, és a kísérletek alapján nagyjából hétszer lehet oda-vissza megismételni, mielőtt az anyag elkezdene szétesni. Minden váltásnál lesz ugyanis néhány polimer, amely nem képes átrendeződni, így idővel elfárad az anyag.
Amikor az anyagot kisebb ketrecek alkotják, az 10-szer puhább, mint a nagyobb ketrecek esetén. És sokkal dinamikusabb is, például ha egy kicsit felmelegítik, folyóssá válik, így a sérülések maguktól begyógyulhatnak a felületén, mondja Johnson. Az új megközelítés révén úgy tűnik, hogy sikerült megoldani az öngyógyulásra képes anyagok egyik nagy problémáját, miszerint ezek szerkezetileg rendszerint nagyon gyengék.
Ahhoz ugyanakkor, hogy a fejlesztés ténylegesen használható legyen, még sokat kell dolgozniuk rajta a kutatóknak. Például valószínűleg le kell cserélniük a palládiumot valami olcsóbb és könnyebben hozzáférhető fémre. Potenciális alkalmazási területként egyébként az öngyógyuló felületeken túl a gyógyszeradagolás is felmerült. A különleges polimerből olyan kapszulákat lehetne gyártani, amelyek fényparancsra kiengednek magukból némi hatóanyagot, majd egy másik fényjelre bezárulnak, hogy később szükség esetén újabb gyógyszeradagot juttassanak be a szervezetbe.
