Manyetik mikropillar diziler, ızgara benzeri bir desenle düzenlenmiş küçük, dikey pim şeklindeki yapılardan oluşur. Bu mikropiller, manyetik bir alana maruz kaldığında şekillerini önceden programlanmış bir geometriye değiştirebilir. Manyetik partiküllerle gömülü polidimetilsiloksan (PDMS) gibi kauçuk polimerler içeren manyetik olarak duyarlı kompozitlerden yapılırlar. Bu kompozitler şekillerini değiştirebilir ve herhangi bir bozulma olmadan tekrar tekrar iyileşebilir.
Ne yazık ki, geleneksel manyetik mikropillar diziler sadece manyetik alan uygulanırken değişen şekillerini geçici olarak tutabilir. Önceki çalışmalar, suda çözünür polimerik bağlayıcılar ve deforme olmuş mikropiller tabanını ısıtıldığında şekillerini sertleştiren ve düzelten termoset reçinelerle kaplamak da dahil olmak üzere bu sorunu ele almak için çeşitli yaklaşımları araştırmıştır. Şekil fiksasyonu için etkili olmakla birlikte, sınırlamalarını tanıtırlar, yani suda çözünür bağlayıcılar sulu ortamlarda kullanımı önlerken, termoset reçineleri geri dönüşümlü şekil değişikliğine izin vermez.
Bir atılım çalışmasında, Güney Kore Pusan Ulusal Üniversitesi Polimer Bilim ve Mühendislik Bölümü’nden Doçent Chae Bin Kim liderliğindeki bir araştırma ekibi, disülfid bazlı kovalent uyarlanabilir ağlar (DS-CAN) adı verilen yeni materyaller geliştirdi. Bu malzemeler, ısıtma veya ultraviyole (UV) ışık maruziyeti yoluyla şekil fiksasyonunu sağlar.
Prof. Kim, “Önceki yöntemlerin dezavantajlarını ele alan çözücü ve reçine içermeyen bir şekil fiksasyon stratejisi getirdik.” “Bu yeni malzemeler, oda sıcaklığında UV tabanlı aktivasyonu destekleyerek, aynı zamanda enerji tasarruflu olan temassız, hassas ve uzamsal olarak kontrol edilen işlemlere izin veriyor.”
Ekip ayrıca Güney Kore, Hanyang Üniversitesi’nden Doçent Jeong Jae Wie ve Güney Kore Dong-Eui Üniversitesi’nden yardımcı doçent Sohdam Jeong’u da içeriyordu. Çalışmaları dergide yayınlandı Gelişmiş Malzemeler 1 Haziran 2025’te. Ayrıca, bu makale önümüzdeki Temmuz sayısının ön kapağı olarak seçildi. Gelişmiş Malzemeler.
Kovalent uyarlanabilir ağlar (CANS), dış uyaranlar altında kırılabilen ve reform yapabilen dinamik kovalent bağlar içeren yeni bir polimer sınıfıdır. Bu, kutuların yeniden işlenmesine, yeniden şekillendirilmesine ve yeniden yapılandırılmasına izin verir.
Çoğu kutu, sıcaklığa bağlı dinamik bağlara sahiptir ve dondurucu geçiş sıcaklığı adı verilen belirli bir sıcaklığın üzerinde bağ borsalarına izin verir. Bu çalışmada, araştırmacılar disülfür bağlarını kutulara dahil ettiler ve sadece ısı ile değil, aynı zamanda UV ışığı altında, oda sıcaklığında bile dinamik bağ alışverişlerini sağladılar.
Bu yetenek, DS-CANS’ın UV ışığı veya ısı kullanılarak iki numuneyi birlikte onarmasına veya iki numuneyi birlikte kaynaklamasına izin verir. Ayrıca, toz haline getirilmiş örneklerin konsolide katı numunelere yeniden işlenmesine izin verirler. En önemlisi, DS-CANS, geleneksel termoset polimerlerinden farklı olarak, de geri dönüşümlü olan deformasyondan sonra UV- veya ısı destekli şekil fiksasyonunu sağlar.
Isı ve UV ışığının dinamik disülfür bağ değişimlerini nasıl tetiklediğini daha iyi anlamak için, araştırmacılar Monte Carlo (MC) modellemesi ile birlikte denge dışı moleküler dinamikler (NEMD) simülasyonları kullandılar. Bu yöntemler mekanizmalarına önemli bilgiler sundu ve gelecekteki tasarımlar için bir tahmin modeli oluşturulmasına yardımcı oldu.
Tersinir, isteğe bağlı, temassız şekil fiksasyonu potansiyelini göstermek için ekip, yeni DS-Can/Ndfeb manyetik mikropillar dizileri oluşturarak DS-CAN’lara manyetik neodimyum-demir-boron (NDFEB) parçacıklarını gömdü. Bu mikropiller, manyetik bir alana yanıt olarak şekillerini değiştirebilir ve yeni şekil UV ışığı kullanılarak sabitlenebilir. Manyetik alan çıkarıldığında bile, şekil tutulur. Bu şekil değişikliği, zıt bir manyetik alan uygulanarak, ardından UV ışık destekli fiksasyon ile tersine çevrilebilir.
Ek olarak, bu mikropillar diziler, şekil değişimi üzerinde uzamsal kontrol sağlar, mikropillerlerin şeklini sadece ızgaradaki belirli bir alanda maskeli UV maruziyeti yoluyla değiştirir. Araştırmacılar ayrıca, malzemenin karmaşık 3D mikroyapılar oluşturma yeteneğini gösteren DS-Can/Ndfeb mikrodecülleri-köpekbalığı cildini taklit eden mikropiller üretti.
Prof. Kim, bu çalışmanın potansiyelini vurgulayan Prof. Kim, “Teknolojimiz, hassas şekillere, programlanabilir akıllı yüzeylere, değiştirilebilir yapıştırıcılara ve tam olarak kontrol edilebilir ilaç dağıtım sistemlerine uyabilen ayarlanabilir robotik kavrayışlar dahil olmak üzere çeşitli teknolojiler için değerli olacak” diyor.
Genel olarak, bu çalışma, şekil değiştirilebilir malzemelerde büyük bir ilerlemeyi işaret ederek benzersiz yeteneklere sahip yeni mikrodizimlerin geliştirilmesine yol açar.
