Hokkaydo Universiteti tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriHidrojel materiallarında sürətli özünü gücləndirməyə səbəb ola bilən mexanofor namizədləri üçün hesablama seçim prosesi. Kredit: Kimya Elmi (2025). DOI: 10.1039/D5SC00151J

Hesablama, məlumat və eksperimental tədqiqatların strateji inteqrasiyası yolu ilə özünü gücləndirən əzələ kimi hidrogel üçün yeni resept və ya dizayn qaydaları hazırlanmışdır. Nəticədə gel təkmilləşdirilmiş sabitlik ilə mexaniki stress altında sürətli möhkəmləndirmə nümayiş etdirir.

Hidrojellər bioloji materialların tətbiqi üçün uyğun olan polimer şəbəkələrdən və sudan ibarət keçirici yumşaq materialdır.

WPI-ICReDD-də professor Qonqun qrupu əvvəllər mexaniki gərginliklə aktivləşdirilən özünü gücləndirən əzələlərə bənzər ikiqat şəbəkəli hidrojel texnologiyaları işləyib hazırlamışdır.

Mexanik gərginlik zamanı kövrək polimer şəbəkəsi parçalanır və materialda əvvəlcədən dağılmış monomerlərlə reaksiyaya girərək yeni, daha güclü polimer şəbəkələri əmələ gətirən radikallar əmələ gətirir.

Bu yaxınlarda qrup aşkar etdi ki, kövrək şəbəkəyə zəif bağları olan mexanoforların daxil edilməsi bağların qırılmasının effektivliyini yüksək dərəcədə artırır və bununla da sürətli özünü gücləndirməyə gətirib çıxarır. Bununla belə, belə zəif bağlar həm də materialın sabitliyinə aid olan istilik və işığa səbəb olan reaksiyalara həssasdır.

Bunun üçün WPI-ICReDD-dən olan tədqiqatçılar qrupu daha güclü bağlar ehtiva edən, lakin gücə həssas polimerlər yaradan mexanoforları sürətlə qiymətləndirən hesablama dizaynı hazırlayıb.

Professor Maedanın tədqiqat qrupu avtomatik olaraq reaksiya yollarını araşdıran Süni Qüvvə Təsirli Reaksiya (AFIR) metodunu inkişaf etdirir. Dosent Jiang mexaniki qüvvənin yaratdığı reaksiyaları təhlil edən və polimer zəncirlərini qırmaq üçün lazım olan gücü proqnozlaşdıran genişləndirilmiş AFIR (EX-AFIR) metodu işləyib hazırlayıb .

Köməkçi professor Staub və professor Varnek tərəfindən hazırlanmış EX-AFIR metodunu maşın öyrənməsi ilə birləşdirərək, onlar sürətlə mexanofor namizədlərini yoxladılar və əsas molekulyar parametrləri müəyyən etdilər. Araşdırma Chemical Science jurnalında dərc olunub .

Birincisi, molekulyar namizədlər arzu olunan məhdud fırlanma qabiliyyəti (<90°) üçün əvvəlcədən yoxlanılmışdır. Onlar bir polimer zənciri daxilində məhdud fırlanmanın güclü bağlara baxmayaraq zəncirin zəif qüvvə altında qıra biləcəyi “qovşaqları” effektiv şəkildə təqdim edəcəyini proqnozlaşdırdılar.

EX-AFIR daha sonra aktivləşdirmə qüvvəsini (F _aktı ) əldə etmək üçün istifadə edildi, bu namizədlərin bir node ilə radikal nəslini başlatmaq üçün lazım olan qüvvə. Nəhayət, EX-AFIR , radikalların çürümə yollarını hesablamaq və uzunömürlü radikallar yarada bilən mexanoforları müəyyən etmək üçün maşın öyrənməsi ilə birləşdirildi .

Seçilmiş mexanoforlardan gellər sintez edilmiş və bu hesablama seçim metodunun praktikliyini təsdiqləmək üçün tədqiq edilmişdir.

Bu gellər sürətli gücləndirmə xüsusiyyətinə malikdir və mexanoforlar gözlənildiyi kimi 80°C-də qızdırıldıqdan və ya UB işığına məruz qaldıqdan sonra 10 saat ərzində dəyişməz qalıb, bu da düyün kimi strukturun əhəmiyyətini vurğulayır. Bundan əlavə, hesablama simulyasiyaları əsasında süzülmüş mexanikaforlardan sintez edilmiş gellər də tədqiq edilmişdir.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Proqnozlaşdırıldığı kimi, bu gellər bu hesablama dizayn yanaşmasının praktikliyini daha da təsdiqləyərək, özünü gücləndirən keyfiyyətlər nümayiş etdirə bilmədi. Bu nəticələr, əks halda vaxt tələb edən texnologiyaları sürətlə inkişaf etdirmək üçün hesablama hesablamalarının inteqrasiyası üçün maraqlı imkanları vurğulayır.

https://www.youtube.com/embed/MtfHEmQWsVc?color=whiteHidrogellərin radikal nəsli təklif edildi (DN-Cam) və hesablama simulyasiyaları ilə süzüldü (DN-Cy və DN-Pin). Hesablama simulyasiyalarının təklif etdiyi kimi, yalnız DN-Cam geli nəzərəçarpacaq bir rəng dəyişikliyi yaratdı və bu, sabit radikal nəsil olduğunu göstərir. Kredit: WPI-ICReDD

Videoda təklif olunan (DN-Cam) və hesablama simulyasiyaları ilə süzülmüş (DN-Cy və DN-Pin) hidrogellərin radikal nəsli müqayisə edilir. Gellərdə əvvəlcədən dağılmış dəmir ionları (Fe ²⁺ ) və ksilen narıncıdır.

^{Qırılan polimer şəbəkələrindən əmələ gələn radikallar dəmir ionlarını ferrik ionlara (Fe 2+} → Fe ³⁺ ) oksidləşdirəcək və sonra ksilen narıncı ilə mürəkkəbləşərək fərqli narıncı rəng əldə edəcək.

Hesablama simulyasiyalarının təklif etdiyi kimi, yalnız DN-Cam geli nəzərəçarpacaq bir rəng dəyişikliyi yaratdı və bu, digər gellərin sürətlə çürüyən qeyri-sabit radikallar yaratdığını göstərir.

Daha çox məlumat: Julong Jiang et al, “Node” ikiqat şəbəkə materiallarında sürətli özünü gücləndirmək üçün termostabil mexanikaforları asanlaşdırdı, Chemical Science (2025). DOI: 10.1039/D5SC00151J

Jurnal məlumatı: Chemical Science 

Hokkaydo Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir