Onderzoekers van het Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) van de Universiteit van Kyoto en de Universiteit van Tokyo hebben een op licht reagerend kristallijn materiaal ontwikkeld dat de uitdagingen van eerdere studies overwint.

Fotochrome moleculen veranderen hun elektronische toestanden of chemische structuren, bij blootstelling aan licht. Ze kunnen een sleutelrol spelen bij de ontwikkeling van 'fotogevoelige' materialen die kunnen worden gebruikt in toedieningssystemen voor gecontroleerde afgifte van geneesmiddelen, of om dynamische scaffolds te ontwikkelen voor tissue engineering, onder andere toepassingen. Maar tot nu toe, het gebruik ervan met vaste materialen is een uitdaging gebleken omdat de materialen te stijf waren om herhaalbare en omkeerbare veranderingen mogelijk te maken.

Susumu Kitagawa van iCeMS, Hiroshi Sato van de Universiteit van Tokio, en hun collega's, bereidde een flexibel poreus kristal bestaande uit een fotoresponsief dithienyletheenderivaat, zinkionen (Zn2+), en 1, 4-benzeendicarboxylaat.

Het 'poreuze coördinatiepolymeer' bestond uit tweedimensionale platen verbonden door pilaren van fotoresponsieve moleculen, die een driedimensionale, verstrikt kader. De onderzoekers vergelijken de verstrengelde componenten met gedraaide metaaldraad- en snaarpuzzels.

Vanwege het flexibele karakter van het verstrengelde raamwerk, de kanalen veranderden van vorm bij blootstelling aan licht. De afstand tussen de twee lagen verkleinde bij ultraviolette bestraling en werd vervolgens groter wanneer ze door zichtbaar licht werden beschenen.

De onderzoekers testten het vermogen van het materiaal om koolstofdioxide (CO2) op te nemen. Wanneer het materiaal niet werd bestraald, het adsorbeerde tot 136 milliliter (ml) CO2. Bij blootstelling aan ultraviolet licht, de poriën slonken, vermindering van de CO2-adsorptie tot 108 ml. Wanneer ze vervolgens worden blootgesteld aan zichtbaar licht, De CO2-opname steeg weer tot 129 ml. Daarna nam het af tot 96 ml bij hernieuwde blootstelling aan ultraviolet licht.

Het verstrengelde raamwerk van het polymeer maakt deze omkeerbare en herhaalbare veranderingen in de CO2-absorptie mogelijk; het geeft ruimte aan de fotoresponsieve moleculen om te transformeren, terwijl ze hun spanning in het flexibele materiaal kunnen loslaten.

Voorlopige tests gaven aan dat het poreuze kristal ook andere gassen kon adsorberen, zoals stikstof, bij verschillende temperaturen, maar nader onderzoek is vereist.

"Onze strategie zal toegang geven tot een nieuwe dimensie van poreuze verbindingen als platforms voor verschillende fotochemische conversies en de fotomodulatie van poreuze eigenschappen, " concluderen de onderzoekers in hun studie, gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Het Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) aan de Kyoto University in Japan heeft tot doel de integratie van cel- en materiaalwetenschappen te bevorderen, beide traditioneel sterke velden aan de universiteit, in een uniek innovatieve wereldwijde onderzoeksomgeving. iCeMS combineert de biowetenschappen, scheikunde, materiaalwetenschap en natuurkunde om materialen te creëren voor mesoscopische celcontrole en cel-geïnspireerde materialen. Dergelijke ontwikkelingen zijn veelbelovend voor aanzienlijke vooruitgang in de geneeskunde, farmaceutische studies, het milieu en de industrie.