Enligt en studie publicerad i tidskriften Nature Communications skapade teamet ett nytt system – inspirerat av fotosyntes – som använder synligt ljus för att generera reaktiva radikaler som kan utlösa polymerisation. Detta system uppnår nästan perfekt omvandling av monomerer till polymerer med högupplöst mönstring och förbättrad mekanisk hållfasthet.
Fotopolymerisation är en mycket använd teknik inom olika industrier, inklusive 3D-utskrift, tandvård och mikroelektronik, där flytande monomerer omvandlas till fasta polymerer vid exponering för ljus. Processen att generera fria radikaler – reaktiva mellanprodukter som är avgörande för att initiera polymerisation – bygger vanligtvis på ultraviolett (UV) ljus, vilket kan vara skadligt och kräver specialutrustning.
Den nya studien presenterar dock ett alternativt tillvägagångssätt med synligt ljus, vilket är säkrare och kompatibelt med ett bredare utbud av material. Teamet utnyttjade de unika egenskaperna hos övergångsmetallkomplex, särskilt järnkomplex, som kan genomgå ljusinducerade övergångar av ligand-till-metallladdningsöverföring (LMCT). Dessa övergångar genererar reaktiva radikaler genom överföring av en elektron från liganden till metallcentrum, vilket initierar polymerisation.
Genom att kombinera ett järnkomplex med en noggrant designad absorbent för synligt ljus, uppnådde forskarna högeffektiv fotopolymerisation av fria radikaler inducerad av synligt ljus. Absorbatorn fungerar som en fotosensibilisator, fångar upp synligt ljus och överför energi till järnkomplexet, som sedan genererar radikala arter.
Dessutom har teamet framgångsrikt tillämpat sitt system i olika praktiska tillämpningar, inklusive 3D-utskrift med en upplösning på under 100 mikrometer, dental komposithärdning och tillverkning av mjuka ställdon och sensorer. De förbättrade mekaniska egenskaperna och biokompatibiliteten hos de resulterande polymererna gör dem väl lämpade för dessa applikationer.
Studiens motsvarande författare, Craig J. Hawker, professor i kemi och material vid UC Santa Barbara, lyfter fram betydelsen av deras resultat:
"Förmågan att använda synligt ljus för effektiv fotopolymerisering av fria radikaler öppnar nya möjligheter inom många områden, inklusive 3D-utskrift, beläggningar och biomedicinska applikationer. Detta arbete representerar ett stort framsteg inom fotopolymerisationsområdet och har potential att revolutionera hur vi bearbetar och tillverka material."
Genom att integrera synliga ljusabsorberande molekyler i fotopolymeriserbara system förbättrar forskarna effektivt effektiviteten av fotopolymerisation av fria radikaler, vilket banar väg för mer mångsidiga, säkrare och praktiska tillämpningar i olika industrier.
