Je leest:

Intelligent kunststof vervormt door licht

Intelligent kunststof vervormt door licht

Auteur: | 21 januari 2005

Amerikaanse en Duitse onderzoekers hebben een kunststof ontwikkeld die door bestraling met licht van vorm kan veranderen. De nieuwe vorm blijft gedurende langere tijd stabiel maar is eenvoudig ‘uit te wissen’ door belichting met licht van een andere kleur. Toepassingen voor het geheugenplastic zijn legio: van componenten voor de behandeling van dichte aders tot losspringende nietjes of slap wordende paperclips.

‘Dit is echt een nieuwe familie van materialen’, aldus hoogleraar Robert Langer van het Massachussets Institute of Technology. Hij was betrokken bij de ontwikkeling van het nieuwe kunststof door wetenschappers van het chemie-instituut van het Duitse GKSS onderzoekscentrum in Teltow en het ITEMP instituut voor Technologie en Ontwikkeling van Medische Producten bij de Technische Universiteit RWTH in Aachen. Ook op de websites van deze instellingen wordt de loftrompet over het nieuwe materiaal gestoken

Geprogrammeerd

Geheugenkunststoffen zijn op zich niet nieuw, maar tot nu toe werden ze ‘geprogrammeerd’ door een temperatuurbehandeling. De gevoeligheid voor licht – zoals een bloem die zich opent als ze door de eerste zonnestralen beschenen wordt – is nieuw. Professor Andreas Lendlein, die zowel bij het GKSS als het RWTH instituut de leiding heeft, legt uit dat moleculaire schakelaars de sleutel tot het lichtgevoelige gedrag vormen. Deze schakelbare lichtgevoelige molecuulgroepen zijn aanwezig in een polymeer netwerk. Dat in de Duitse experimenten tot een kunststoffilm werd verwerkt. Als deze film in een bepaalde vorm wordt gebracht of eenvoudigweg wordt uitgerekt, is het simpelweg bestralen met ultraviolet licht voldoende om de nieuwe vorm te fixeren. De moleculaire schakelaars vormen daarbij crosslinks, ze haken zich als het ware aan elkaar vast en verankeren daarmee de rest van het polymeer. Het zijn stevige, permanente ankers want ook na het uitschakelen van het UV-licht houdt de kunststof de ingestelde vorm. Pas bij bestraling met licht van een andere kleur breken de crosslinks en keert het materiaal terug in de oorspronkelijke vorm.

Volgens het onderzoeksteam zijn er allerlei mogelijkheden om dit effect te benutten. Zo kan een spiraal worden gevormd door slechts één zijde van een gestrekt sample met UV-licht te beschijnen. Dit betekent dat die zijde in de verlengde vorm wordt gefixeerd, terwijl de andere zijde zijn elasticiteit behoudt. De onderzoekers laten zien dat als gevolg hiervan bij het verminderen van de rekspanning het sample opkrult omdat aan de niet bestraalde zijde een sterkere verkorting optreedt dan aan de andere zijde. Om deze boog- of zelfs kurketrekkervorm weer te verwijderen is het voldoende om het nogmaals met licht (maar dan van een andere golflengte) te beschijnen.

Weergave van een experiment dat de mogelijkheden van een sample van de intelligente kunststof (a) aantoont. Bij foto b is te zien wat er gebeurt als het wordt opgerekt, aan één zijde met het fixerende UV-licht wordt beschenen en vervolgens wordt losgelaten: het krult op omdat aan de niet bestraalde zijde een sterkere verkorting optreedt dan aan de andere zijde. Foto’s c en d geven aan hoe het sample langzaam weer in de oorspronkelijke toestand terugkeert nadat de fixering weer is iopgeheven door bestraling met licht van een andere golflengte. Beeld: GKSS research center

Het team toonde ook aan dat de tijdelijke vorm erg stabiel is gedurende langere tijd, zelfs bij verhitting tot 50 graden Celsius. Lendlein vertelt dat de onderzoekers in het artikel in Nature de onderliggende principes van het lichtgeïnduceerde geheugeneffect uiteenzetten, ‘maar we werken ondertussen ook aan medische en industriële toepassingen door gebruik te maken van de lichtgevoelige eigenschappen’.

Concrete producten zijn nog niet getoond, maar één van de genoemde mogelijkheden is een lichtgevoelige kunststofvezel die door artsen gebruikt kan worden bij minimaal invasieve chirurgie, ook wel bekend als sleutelgatoperaties. Zo’n vezel is gemakkelijk door een minuscule opening in te brengen, waarna instraling met licht van buitenaf ervoor kan zorgen dat de vezel een kurketrekkervorm aanneemt om bijvoorbeeld verstopte bloedvaten te openen. Ook wordt gedacht aan íntelligente hechtdraden. En wie de fantasie de vrije loop laat komt vanzelf op allerlei andere mogelijkheden. Wat te denken van nietjes die vanzelf loslaten na bestraling, of paperclips die niet meer klemmen als je ze niet meer nodig hebt?

Foto van de opstelling waarin een proefstukje wordt opgerekt en beschenen. Beeld: GKSS research center

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 21 januari 2005
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.