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Mechanically Interlocked Actuating Conjugated Polymers

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Kluge Polymere für Prothetik und Sensorik

Neue leitfähige, von einem EU-geförderten Projekt entwickelte Polymere mit mechanisch gebundener und zugleich flexibler Struktur bilden womöglich die Grundlage für die synthetische Muskeln von morgen.

Industrielle Technologien

Verbindungen, die aus sich wiederholenden Einheiten bestehen, sind überall anzutreffen, von natürlich vorkommenden wie DNA und Zellulose bis hin zu synthetischen Varianten wie insbesondere die Kunststoffe. Elektromechanische Werkstoffe sind anpassungsfähige oder kluge Werkstoffe, die (umkehrbar) mit mechanischen Veränderungen bei Parametern wie Festigkeit, Form oder Elastizität auf elektrische Felder reagieren. Auf Makroebene ist ihre Eignung für die Anwendung in der Prothetik eindeutig – die elektrischen Impulse von Nerven können in einem künstlichen Muskel Veränderungen hervorrufen. Auf Mikroebene reagieren die einzelnen Polymermoleküle mit Veränderungen der Konformation auf ein aufgebrachtes elektrisches Feld, was die Entwicklung von Mikrosensor-Geräten ermöglicht. Neuartige elektromechanische Polymere waren beim Projekt "Mechanically interlocked actuating conjugated polymers" (MIA-CP) Mittelpunkt der Untersuchungen. Insbesondere planten die Wissenschaftler die Einführung mechanisch (anstatt chemisch) gebundener Strukturen in leitfähige Werkstoffe, wobei das Hauptaugenmerk auf der Prothetik, auf Sensoren und andere Geräte gelegt wurde. Projektpartner von MIA-CP synthetisierten einen komplett neuen Werkstoff, der aus molekülgroßen Ringen (hängende Makrocyclen##) besteht, die verknüpft und verankert sind. Dieser Werkstoff stellt aufgrund seiner flexibel vernetzten Struktur nicht nur eine hervorragende Lösung für künstliche Muskeln dar, sondern könnte auch der erste Schritt zu neuartigen Sensoren sein, da er Säuredämpfe durch Veränderungen des elektrischen Stroms aufspüren kann. Zusätzliche veröffentlichte Arbeiten beschrieben die Synthese eines weiteren konjugierten Polymers, welches sich für den Einsatz bei künstlichen Muskeln eignet. Konjugierte Kohlenstoff-Polymere wurden ebenfalls anhand neuartiger Methoden hergestellt, welche die Bindung von Makrocyclen an Kohlenstoff-Nanoröhren ermöglichen. Derartige Werkstoffe können den Weg für zukünftige innovative elektroaktive Geräte ebnen. Das MIA-CP-Projekt kombinierte erfolgreich hochmoderne Technologien für die mechanische Bindung mit den neuesten Fortschritten bei der Synthese von konjugierten Polymeren, um letztendlich eine neue Generation leistungsstarker elektromechanischer Werkstoffe zu schaffen. Die synthetisierten Polymere haben bedeutendes Potential für die Anwendung in künstlichen Muskeln, Sensoren und anderen elektrochemischen Geräten. Da sogenannte kluge Werkstoffe auf natürlicher Grundlage entworfen werden, ist es womöglich eine ganz natürliche Wahl, diese als Ersatz für gestörte natürliche Mechanismen einzusetzen.

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