Forskare vid Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) och University of Tokyo har utvecklat ett lättresponsivt kristallint material som övervinner utmaningar i tidigare studier.

Fotokroma molekyler ändrar sina elektroniska tillstånd eller kemiska strukturer, vid exponering för ljus. De kan spela nyckelroller i utvecklingen av 'fotoresponsiva' material som kan användas i leveranssystem för kontrollerad läkemedelsfrisättning, eller att utveckla dynamiska byggnadsställningar för vävnadsteknik, bland andra applikationer. Men hittills, deras användning med fasta material har visat sig vara utmanande eftersom materialen har varit för styva för att möjliggöra repeterbara och reversibla förändringar.

Susumu Kitagawa från iCeMS, Hiroshi Sato vid University of Tokyo, och deras kollegor, framställde en flexibel porös kristall bestående av ett fotoresponsivt ditienyletenderivat, zinkjoner (Zn2+), och 1, 4-bensendikarboxylat.

Den 'porösa koordineringspolymeren' bestod av tvådimensionella ark kopplade med pelare av fotoresponsiva molekyler, som skapade en tredimensionell, intrasslade ramar. Forskarna jämför de sammanflätade komponenterna med tvinnad metalltråd och strängpussel.

På grund av den intrasslade ramens flexibla karaktär, kanalerna ändrade form när de utsattes för ljus. Avståndet mellan de två skikten krympt vid ultraviolett strålning och expanderade sedan när det tändes av synligt ljus.

Forskarna testade materialets förmåga att ta upp koldioxid (CO2). När materialet inte bestrålades, den adsorberade upp till 136 milliliter (ml) CO2. Vid exponering för ultraviolett ljus, porerna krympt, minskande CO2 -adsorption till 108 ml. När den sedan utsätts för synligt ljus, CO2 -absorptionen steg igen till 129 ml. Den minskade sedan till 96 ml vid återexponering för ultraviolett ljus.

Polymerens intrasslade ramverk möjliggör dessa reversibla och repeterbara CO2 -absorptionsförändringar; det ger utrymme för de fotoresponsiva molekylerna att transformeras samtidigt som de tillåter dem att släppa ut sin stam i det flexibla materialet.

Preliminära test indikerade att den porösa kristallen också kunde adsorbera andra gaser, som kväve, vid olika temperaturer, men mer detaljerad utredning krävs.

"Vår strategi kommer att ge tillgång till en ny dimension av porösa föreningar som plattformar för olika fotokemiska omvandlingar och fotomodulering av porösa egenskaper, "avslutar forskarna i sin studie, publicerad i tidningen Naturkommunikation .

Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) vid Kyoto University i Japan syftar till att främja integrationen av cell- och materialvetenskap, båda traditionellt starka områden vid universitetet, i en unik innovativ global forskningsmiljö. iCeMS kombinerar biovetenskaperna, kemi, materialvetenskap och fysik för att skapa material för mesoskopisk cellkontroll och cellinspirerade material. Sådan utveckling lovar betydande framsteg inom medicin, läkemedelsstudier, miljö och industri.