▲图中是一台用于测定材料力学性能的流变仪。仪器测试台上的蓝色凝胶为待测聚合物。
据《自然》（Nature）7月18日出版的论文报道，麻省理工学院（MIT）研究生谷雨薇（音译）、埃里克?奥特（Eric Alt）、化学助理教授亚当?威拉德（Adam Willard）以及南佛罗里达大学的王恒（音译）和李晓鹏（音译）等，设计了一种能随着光线变化而改变自身结构的光控聚合物，它可以由坚硬变为柔软，进而在受损后完成自我修复。MIT化学副教授、科霍研究所成员、项目主持人杰里米?约翰逊（Jeremiah Johnson）说：“这种材料的状态可以来回切换，并且在每种状态下，它表现出截然不同的性质。材料主要由包含光敏分子的聚合物构成。在将来，它或许可以用于汽车和卫星，使其在受损后自行修复。”
聚合物的大多数性质（如硬度和膨胀性）均受其拓扑结构的影响。通常情况下，材料一旦制成，其拓扑结构就不可改变。例如，橡胶球具有弹性，人们不能在不改变其化学组成的情况下使其具有脆性。约翰逊等试图完成一项首创工作，即制备一种可在不同拓扑状态间可逆转换的材料。为此，约翰逊等认为，数年之前他们合成的一种金属有机聚合物（polyMOCs）可能是完成设想的潜在候选材料。polyMOCs中的金属钯经化学键与4个配体分子形成刚性笼状簇。配体分子与钯的比例决定了“笼”的尺寸。约翰逊等设计的新聚合物可以在两种笼状结构（分别为24个钯原子、48个配体和3个钯原子、6个配体）间转换。使聚合物具备“转换”功能的关键是配体中加入的光敏分子（DTE）。DTE暴露于紫外光下时，可以形成环状结构，从而增加“氮—钯”键角，最终使笼状簇分裂并形成更大的簇。而当聚合物材料被施以绿光时，DTE环被破坏，氮—钯键角缩小，最终重新形成小型簇。研究人员发现，整个过程大约需要5小时，材料最多可以进行7次转换。每次转换后，一部分聚合物就会失去转换能力，并最终导致材料崩解。约翰逊说：“材料处于小簇状态时，柔软程度可以提升10倍，流体力学性能也更好。它在加热条件下可以流动，这意味着只需稍微加热，材料的损伤就可以被修复。”
目前，约翰逊等使用的聚合物基材是聚乙二醇（PEG）。但他们认为，其他类型的聚合物也适用这种设计方法。新聚合物的潜在应用方向包括自愈合材料和药物输送。为了降低成本，应尽可能使用其他更便宜的金属替代金属钯。此外，约翰逊等还在开发一种具有固-液转换性能的材料。在光照下，该材料还能同时出现柔软和坚硬的部分。
编译：雷鑫宇 审稿：西莫
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