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光活性化機械的作動のための超分子-共有結合ハイブリッドポリマー
Supramolecular-covalent hybrid polymers for light-activated mechanical actuation.
PMID: 32572204 DOI: 10.1038/s41563-020-0707-7.
抄録
このような自律的な翻訳や形状変化などの生体内の機械的作動を模倣する合成構造の開発は、材料科学のための壮大な課題のままである。生体システムでは、超分子構造と共有結合ポリマーの融合が、特に膜、筋肉、腱などの応答性挙動に寄与しています。ここでは、化学的に可視光に反応して水を排出するスピロピランベースのネットワークに結合したペプチド両親媒性超分子ポリマーで構成されるハイブリッド光応答性ソフトマテリアルを説明します。超分子ポリマーは、可逆的に変形可能で水を排出する骨格を形成し、ハイブリッドを機械的に補強し、印刷方法によっても整列させることができます。ネットワークに埋め込まれた非共有結合骨格は、このようにして、オブジェクトのより速い曲げと平坦化作動だけでなく、巨視的なフィルムの光駆動のクロール運動中に長いステップを可能にします。私たちの作品は、超分子アセンブリと共有結合ネットワークを統合したハイブリッドボンディングポリマーは、生体を模倣したソフトマターのボトムアップ設計のための戦略を提供することを示唆している。
The development of synthetic structures that mimic mechanical actuation in living matter such as autonomous translation and shape changes remains a grand challenge for materials science. In living systems the integration of supramolecular structures and covalent polymers contributes to the responsive behaviour of membranes, muscles and tendons, among others. Here we describe hybrid light-responsive soft materials composed of peptide amphiphile supramolecular polymers chemically bonded to spiropyran-based networks that expel water in response to visible light. The supramolecular polymers form a reversibly deformable and water-draining skeleton that mechanically reinforces the hybrid and can also be aligned by printing methods. The noncovalent skeleton embedded in the network thus enables faster bending and flattening actuation of objects, as well as longer steps during the light-driven crawling motion of macroscopic films. Our work suggests that hybrid bonding polymers, which integrate supramolecular assemblies and covalent networks, offer strategies for the bottom-up design of soft matter that mimics living organisms.