پلاستیک‌های هوشمندی‌که خود درمانی می‌کنند

از رهگذر همین تلاش‌ها، دانشمندان از نوع جدیدی پلاستیک پرده‌برداری کرده‌اند که با سایر انواع دیگر آن تفاوتی اساسی دارد و می‌تواند هنگام قرار گرفتن در معرض نور معمولی به ترمیم و بهبود خودش بپردازد. صحبت از دانش مواد و بویژه شاخه پلیمرهاست که از این پس و با ابداع فناوری پلیمرهای هوشمند به صحنه مهمی برای نمایش دستاوردهای آینده فناوری‌های ساخت و ترکیب مواد تبدیل خواهد شد و بی‌شک با ورود مواد هوشمند و برخوردار از قابلیت‌های دلخواه به ساختار مواد ترکیبی همچون پلاستیک‌ها می‌توان چشم انتظار بروز تحولات چشمگیری در تهیه، تولید و بازیافت کالاهای پلاستیکی بود.

البته مروری بر پلیمرها و دنیای پلیمری می‌تواند آمادگی مناسبی برای پرداختن به ماجرای پلیمرهای هوشمند و ساز و کار آن فراهم کند. یک پلیمر(بسپار) در واقع یک مولکول بزرگ یا ماکرومولکول است که از ترکیب و تکرار واحدهای ساختمانی مشابه به هم ایجاد می‌شود و این اجزای متشابه‌الترکیب از طریق جوش خوردن پیوندهای شیمیایی در زمانی که اتم‌ها الکترون‌ها را به شراکت می‌گذارند به هم متصل می‌شوند. بسیاری از پلیمرها جزو پلاستیک‌ها هستند، اما سایر مواد طبیعی و مصنوعی نیز در همین رده‌بندی جای می‌گیرند. شناخته‌شده‌ترین پلیمرهای مصنوعی شامل لاستیک مصنوعی، نئوپرن، نایلون، پی.وی.سی، پلی‌استیرن، پلی‌اتیلن و سیلیکون می‌شوند. نگاهی به این نام‌های آشنا (که دنیای مواد ترکیبی و مصنوعی پیرامون ما را تشکیل می‌دهند و تامین نیازهای زندگی بدون آنها کمتر امکان‌پذیر نشان می‌دهد)‌ ما را بیش از پیش با واقعیت قلمرو مواد ترکیبی و تحولات آن نزدیک می‌سازد. این ماده جادویی می‌تواند کاری کند که بسیاری از محصولات پلیمر بنیان دنیای اطراف ما هم طول عمرشان به درازا بکشد و هم دیرپایی و دوامشان بهبود و افزایش پیدا کند. محصولات پلیمری فراوان و متنوعی از اقلام معمول خانگی نظیر کیسه‌ها و ظروف نگهداری مواد غذایی گرفته تا تویی لاستیک‌ها و تجهیزات پزشکی گران‌قیمت و حتی بیشتر اسباب بازی‌های کودکان، تنها نمونه‌ای از کالاهای پلاستیکی شکل‌گرفته با این پلیمرهای هوشمند می‌توانند باشند. امروزه پلاستیک‌های لاستیک مانند سفت و بادوام در میان هزاران قلم کالاهای مصرفی پیدا می‌شوند، اما حتی این پلاستیک‌های قرص و محکم هم نقاط ضعفی دارند، چراکه وقتی این مواد استفاده می‌شوند نسبت به صدمات و آسیب‌دیدگی ناشی از خراشیدگی‌ها، برش‌ها و سوراخ‌ها بسیار آسیب‌پذیر نشان می‌دهند. با نیم‌نگاهی به پیرامون خود و محیط زیست می‌بینیم که در خانه، اداره، فروشگاه، صنایع و کارخانجات همه ما به نحوی از یک چرخه «آسیب و دورریز» مطابق سلیقه و نگرش و فرهنگ خودمان درخصوص کالاهای مصرفی پلاستیکی پیروی می‌کنیم. مکان‌های دفن زباله و پسماندهای شهری، انباشته از اشیای پلاستیکی دورانداخته شده‌ای هستند که علت رها شدن شان شکستن، بریدگی، ترک خوردن یا سوراخ شدن است و در مواقعی سبب بروز مخاطرات ایمنی می‌شوند. در این میان و با توجه به حجم انبوه و روزافزون اشیا و کالاهای پلاستیکی که به علت فرسودگی و آسیب از رده خارج می‌شوند، نیاز به ارائه موادی با قابلیت ترمیم و اصلاح خود به خودی بیش از هر گزینه دیگری به کانون توجه و تلاش‌های محققان برای ساخت مواد هوشمند و خودفرمان بدل شده است. پیرو همین تلاش‌ها دیده می‌شود که اکثر رویکردهای اتخاذ شده از سوی دانشمندان برای مواد پلیمر بنیان قابل علاج و بهبودپذیر، نیازمند گرمایش نواحی آسیب‌دیده و به کار بردن وصله است. البته باید اعتراف کرد که مهم‌ترین و چالش‌برانگیز‌ترین بخش ماجرا همین قضیه گرمایش و نحوه دریافت و اعمال آن از سوی پلیمرهاست. نکته جالبی که در مورد رویکرد تازه دانشمندان برای ابداع پلیمرهای هوشمند درمان‌پذیر وجود دارد، تدبیر متفاوتی است که برای بخش گرمایش پلیمرهای هوشمند به کار بسته‌اند. دانشمندان دانشگاه کیس وسترن کلیولند خط مشی دیگری را در دستور کار خود قرار می‌دهد و آن ارائه یک ماده لاستیک مانند خود درمانگر حاوی فلز است که قادر به جذب نور ماورای بنفش و تبدیل آن به حرارت متمرکز و موضعی است.

دانشمندان آنچه توسعه داده‌اند را یک ماده پلاستیکی جدید متشکل از زنجیره‌های بسیار کوچک معرفی می‌کنند که این زنجیره‌ها به هم می‌چسبند و با همگذاری و جفت شدن، زنجیره‌های بسیار بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهند. ولی آنچه مخصوص این مولکول طراحی و در نظر گرفته شده است، قابلیت سوا شدن و به هم ریختن هنگام قرارگرفتن در معرض نور است. براساس همین توانایی زمانی که مولکول اقدام به جداسازی و اوراق کردن زنجیره‌ها می‌کند، مواد جدا شده به سوی پرتگاه یا شکاف جریان می‌یابد و به این ترتیب سامانه بهبود می‌پذیرد. گزارش این پژوهش که در نشریه Nature منتشر شده به نکات جالب توجهی اشاره دارد که کار دانشمندان و رویکرد انتخابی‌شان برای منبع گرمایش و قابلیت خودترمیمی مولکولی را شاخص می‌سازد. به عنوان نمونه استفاده از نور به این شیوه از مزیت‌هایی افزون بر گرمایش مستقیم برخوردار است و می‌تواند برای هدف‌گیری نقطه‌ای یا تعیین دقیق هدف در ناحیه صدمه دیده و همچنین برای ترمیم و اصلاح اشیا و اهدافی که هنوز زیر بار تنش و کششی هستند به کار آید.

موضوع جالبی که دانشمندان در مورد این دسته از مواد هوشمند خاطرنشان می‌کنند، بهره‌گیری از پتانسیل بالقوه خود درمانی و بهبودپذیری آنها برای گسترش کاربردهای بیشتر آن است. درواقع مواد هوشمندی با قابلیت ترمیم و بهبود صدمات ناشی از فرآیند طبیعی استهلاک و فرسودگی می‌توانند سودمندی خود را در حوزه‌هایی همچون حمل و نقل، ساخت و ساز، بسته‌بندی و بسیاری کاربردهای دیگر به اثبات برسانند. در همین رابطه برخی محققان معتقدند پلیمرهای بهبودپذیر می‌تواند به عنوان چاره و راه‌حلی برای چرخه آسیب و دورریز کالاهای مصرفی مطرح شود که مردم برخی کشورها با شدت بیشتری با آن مأنوس هستند. ضمن این که پلیمرهای بهبودپذیر می‌تواند به منزله گام اولیه‌ای در روند توسعه کلاسی از مواد پلیمری مطرح شود که در مقایسه با مواد پلیمری قابل دسترس فعلی از طول عمر بسیار بالایی برخوردارند. در این بین اما موانعی نیز وجود دارند که باید پشت سر گذاشته شوند تا این تحقیق مفهومی بتواند به مرحله تولید در مقیاس صنعتی خودش ترجمه شود.

مترجم: مهریار میرنیا

منابع: Discovery / Nature