وبلاگ

تیمی از محققان به سرپرستی دانشگاه کالیفرنیا در سن دیگو مواد نرم اما بادوامی تولید کرده‌اند که در پاسخ به استرس مکانیکی مانند فشرده‌سازی، کشش یا پیچش روشن می‌شوند. این مواد درخشندگی خود را از جلبک های تک سلولی به نام دینوفلاژلات می گیرند.

این اثر با الهام از امواج بیولومنسنت که در طول جزر و مد قرمز در سواحل سن دیگو مشاهده می شود، ساخته شده است. منتشر شده 20 اکتبر پیشرفت علمی.

Shengqiang Cai، نویسنده اصلی این مطالعه، استاد مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs، گفت: «ویژگی هیجان‌انگیز این مواد سادگی ذاتی آن‌ها است – آنها به الکترونیک و منبع انرژی خارجی نیاز ندارند.» ما نشان می دهیم که چگونه می توانیم از قدرت طبیعت برای تبدیل مستقیم استفاده کنیم محرک های مکانیکی که در انتشار نور”

این مطالعه یک همکاری چند رشته ای است که مهندسین و دانشمندان مواد در آزمایشگاه کای، مایکل لاتز، زیست شناس دریایی از موسسه اقیانوس شناسی اسکریپس سن دیگو و استاد فیزیک مازیار جلال از دانشگاه آمستردام.

اجزای اصلی مواد بیولومینسانس داینوفلاژل ها و پلیمری بر پایه جلبک دریایی به نام آلژینات هستند. این عناصر برای تشکیل محلولی مخلوط شدند که سپس با یک چاپگر سه بعدی پردازش شد تا آرایه متنوعی از اشکال مانند شبکه‌ها، مارپیچ‌ها، تارهای عنکبوت، توپ‌ها، بلوک‌ها و ساختارهای هرمی ایجاد شود. سپس سازه های چاپ سه بعدی به عنوان مرحله نهایی جامد شدند.

هنگامی که مواد تحت فشار، کشش یا پیچش قرار می گیرند، داینوفلاژل های درون آنها با انتشار نور پاسخ می دهند. این پاسخ از آنچه در اقیانوس اتفاق می افتد زمانی که داینوفلاژلات ها به عنوان بخشی از استراتژی دفاع از شکارچیان رعد و برق تولید می کنند، تقلید می کند. در آزمایش‌ها، وقتی محققان آنها را فشار دادند و الگوهایی را روی سطح آنها ردیابی کردند، درخشیدند. این مواد حتی به اندازه‌ای حساس بودند که در زیر وزن توپ فومی که روی سطح آن‌ها می‌غلتد می‌درخشند.

هرچه ولتاژ اعمال شده بیشتر باشد، درخشش بیشتر است. محققان توانستند این رفتار را کمی کنند و الف مدل ریاضی که می تواند شدت درخشش را بر اساس قدر پیش بینی کند استرس مکانیکی پیوست شده است.

محققان همچنین تکنیک هایی را برای پایدار کردن این مواد در شرایط آزمایشی مختلف نشان دادند. برای تقویت مواد به طوری که بتوانند بارهای مکانیکی قابل توجهی را تحمل کنند، پلیمر دوم، پلی (اتیلن گلیکول) دیاکریلات، به مخلوط اصلی اضافه شد. همچنین پوشش مواد با یک پلیمر لاستیک مانند قابل کشش به نام Ecoflex باعث محافظت در محلول های اسیدی و بازی می شود. با این لایه محافظاین مواد حتی می توانند تا پنج ماه در آب دریا بدون از دست دادن شکل یا خواص بیولومنسانس خود ذخیره شوند.

یکی دیگر از خواص مفید این مواد نگهداری حداقلی آنهاست. برای ادامه کار، داینوفلاژل های موجود در مواد به چرخه های دوره ای نور و تاریکی نیاز دارند. در طول فاز نور، آنها برای تولید غذا و انرژی فتوسنتز می کنند، که سپس در فاز تاریک برای انتشار نور هنگام اعمال استرس مکانیکی استفاده می شود. این رفتار منعکس کننده فرآیندهای طبیعی است که وقتی داینوفلاژلات ها در اقیانوس در جریان جزر و مد قرمز ایجاد می کنند.

چنگهای لی، نویسنده مطالعه اول، دکترای مهندسی مکانیک و هوافضا، می‌گوید: «این کار مداوم روش ساده‌ای را برای ترکیب موجودات زنده با اجزای غیر زنده برای تولید مواد جدیدی که خودکفا هستند و به محرک‌های مکانیکی اساسی موجود در طبیعت حساس هستند، نشان می‌دهد. D. نامزد در آزمایشگاه Cai.

محققان تصور می کنند که این مواد به طور بالقوه می توانند به عنوان حسگرهای مکانیکی برای اندازه گیری فشار، تنش یا کرنش استفاده شوند. سایر برنامه های کاربردی بالقوه عبارتند از رباتیک نرم و دستگاه‌های زیست پزشکی که از سیگنال‌های نوری برای تأثیرگذاری بر درمان یا انتشار کنترل‌شده دارو استفاده می‌کنند.

با این حال، قبل از تحقق این کاربردها، کارهای زیادی باید انجام شود. محققان در حال کار بر روی بهبود و بهینه سازی بیشتر هستند مواد.