Uszkodzenia detali z plastiku zaświecą!
2010-06-11

Opracowano nowy polimerowy materiał, który samoczynnie informuje o swym uszkodzeniu, dzięki czemu nawet mikroskopijne pęknięcia można bez problemów wykryć. Tego typu materiał w przyszłości może zostać wykorzystany zarówno w przemyśle kosmicznym, jak i biomedycznym - donosi "Angewandte Chemie International Edition".

Badania nad nowym "inteligentnym" polimerem prowadzone były na uniwersytecie kalifornijskim, przez naukowców współpracujących z profesorem Doug'iem Clark'iem.

Opracowany materiał zbudowany jest z macierzy polimerowej, do wnętrza której wprowadzono dwa fluorescencyjne naturalne barwniki (białka) zabezpieczone dodatkową otoczką białkową. Proteinowa osłonka, utworzona z białek z "ciepłolubnej" bakterii (Thermoplasma acidophilum) ma za zadanie ochronę świecących cząsteczek, by nie uległy zniszczeniu w trakcie procesu polimeryzacji - powstawania plastiku.

Białko osłonowe produkowane jest w reaktorach bakteryjnych przez zmodyfikowane genetycznie bakterie Escherichia coli. Dzięki wykorzystaniu mikroorganizmów jako linii produkcyjnych, proces wytwarzania białka osłonowego jest stosunkowo tani i wydajny.

Osłonka, obok funkcji ochronnej, pełni również ważną rolę w procesie świecenia uszkodzonych plastików. Białko otrzymane z Thermoplasma acidophilum przypomina ustawione denkiem dwa pojemniki, wewnątrz których zamknięte są fluorescencyjne barwniki. Każdy z białkowych "pojemników" może zmieniać położenie względem drugiego, dzięki czemu możliwe jest ograniczanie i ponowne wzbudzanie fluorescencji w procesie FRET (ang. fluorescence resonance energy transfer). Inaczej mówiąc, im bliżej siebie są białkowe osłonki, tym intensywniej zmienia się barwa świecenia fluorescencyjnego - w przypadku wykorzystanych barwników, oddalenie się "pojemników" zawierających barwniki powinno skutkować świeceniem na niebiesko, a zbliżenie generuje silne świecenie w kolorze żółtym na skutek zjawiska FRET (transferu energii wzbudzenia z niebieskiego barwnika na żółty).

W przypadku zamknięcia białkowych sensorów w macierzy polimerowej, zniszczenie struktury plastiku powinno skutkować fluorescencją w zakresie widma niebieskiego.

To założenia teoretyczne. Praktyka wygląda nieco inaczej...

Podczas analiz naukowcy ze zdziwieniem odkryli, iż opracowany przez nich materiał zachowuje się całkowicie odmiennie: niezniszczony polimer świeci na niebiesko, a uszkodzony - na żółto. Fakt ten wskazuje na inne niż w założeniach teoretycznych związanie elementów białkowych osłonek wewnątrz macierzy polimerowej. Tym samym, uszkodzenie mechaniczne plastiku powoduje przesunięcie względem siebie cząsteczek fluorescencyjnych barwników i powstanie korzystnych warunków dla transferu energii wzbudzenia (FRET), co skutkuje zmianą barwy świecenia.

Badania nad nowym typem plastików są w fazie wstępnej, nie mniej, naukowcy przewidują, iż tego typu "inteligentny" materiał może mieć szerokie zastosowanie, między innymi w medycynie. Celem obecnie prowadzonych badań jest stworzenie polimeru, którego zniszczenie wykryć będzie można "gołym okiem", poprzez oświetlenie powierzchni plastiku odpowiednim światłem generowanym przez miniaturowe, przenośne urządzenie.