Forskargruppen för Seon-ki Hong, professor vid institutionen för fysik och kemi vid Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), har utvecklat den progressiva församlingen på en initiatorladdad mall- (PAINT)-teknik som lokalt kan tillverka multi- funktionella organiska pigment på önskade områden genom att kopiera naturliga melaninbildningsprocesser.
Melanin, ett naturligt pigment, kan fästa på olika ytor, oavsett typ, tack vare dess höga undervattensvidhäftande egenskaper som tillskrivs många katekolfunktionella grupper, liknande de vidhäftande proteinerna i musslor. Nya multifunktionella organiska material som kopierar dessa unika egenskaper har nyligen utvecklats och använts i stor utsträckning inom olika områden.
Men under processen att skapa nya element genom att integrera nya organiska material med olika materialgrupper, mötte forskare utmaningar när oavsiktliga områden blev belagda med organiskt material på grund av de vidhäftande egenskaperna som är den unika fördelen med dessa nya organiska material.
För att övervinna dessa utmaningar använde forskare fotolitografi för att specificera beläggningsplatsen. Denna metod har dock nackdelar, såsom inblandning av komplexa reaktioner i flera steg och behovet av att använda dyr utrustning.
För att lösa dessa problem undersökte professor Hongs forskargrupp bildningsprocesserna för naturligt melanin och fann att den katalytiska aktiviteten hos proteinmallen signifikant påverkar processen att specificera platsen för mönsterbildning. Resultaten publiceras i tidskriften Nature Communications .
Baserat på analysresultaten genomförde teamet ett experiment på syntesreaktionen av organiska pigment som kopierar den naturliga melaninbildningsprocessen. Organiska pigment producerades genom att initiera syntesreaktionen på ytan som ursprungligen modifierades för att ha lokaliserad katalytisk aktivitet.
Forskargruppen bekräftade att organiska pigment inte hade spridit sig till närliggande regioner baserat på utmärkta vidhäftningsegenskaper, och att de selektivt och frivilligt endast fäste vid de initierade områdena för att bilda mönster.
Organiska pigmentmönster lokalt bildade på ytan uppvisade breda optiska absorptionsegenskaper i de ultravioletta, synliga och nära-infraröda spektralområdena, liknande naturligt melanin. Det absorberade nära-infraröda ljuset omvandlades spontant till termisk energi av materialet och genererade lokal värme. Forskargruppen verifierade att dessa processer kan användas för att inducera selektiv celldöd på ytan eller för att driva ställdon.
Prof. Hong sa:"Färgningstekniken som vi utvecklade i denna forskning är en ny teknik som selektivt kan applicera material med universella vidhäftningsegenskaper till endast önskade områden."
Hon tillade, "Vi räknar med att PAINT-teknologin kommer att lägga grunden för utvecklingen av nya melaninliknande organiska material som tillämpar melaninets egenskaper, såsom utmärkt optisk absorption, aktiviteten hos att rensa reaktiva syrearter och biokompatibilitet."
Mer information: Haejin Jeong et al, Platsspecifik tillverkning av ett melaninliknande pigment genom rumsligt begränsad progressiv montering på en initiatorladdad mall, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-38622-2
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology
