Explorando cómo la espectrofotometría puede ayudar a los polímeros mecanocrómicos a alcanzar su potencial

Los investigadores están a punto de desarrollar un casco mecanocrómico que podría servir para alertar a los atletas de posibles traumatismos cerebrales. Fuente de la imagen: Erik Drost, usuario de Flickr

De vez en cuando, nuevas innovaciones nos recuerdan el extraordinario potencial de la tecnología del color. Así ocurrió hace poco, cuando un grupo de investigadores de la Universidad de Pensilvania desarrolló un nuevo material dinámico diseñado para producir cambios de color al ser golpeado con determinados niveles de fuerza. Aplicando el mecanochromismo -la capacidad de cambiar de color en respuesta a estímulos mecánicos- a un casco protector, el material que cambia de color podría detectar inmediatamente posibles lesiones y alertar a los usuarios para que busquen tratamiento. En un momento de gran preocupación por los traumatismos craneoencefálicos provocados por deportes amateur y profesionales, combates y otras actividades peligrosas, esta innovadora aplicación del fenómeno mecano crómico ofrece nuevas posibilidades de intervención precoz que, en última instancia, podrían salvar vidas.1

Establecer la relación entre la fuerza del impacto y el potencial de lesión cerebral es el siguiente paso para hacer realidad los cascos mecanocrómicos. Fuente de la imagen: Usuario de Flickr Allan Ajifo

Hacia polímeros más inteligentes

Los investigadores, dirigidos por el químico Shu Yang, trabajaron originalmente con litografía holográfica para crear cristales fotónicos cuyos colores varían con su forma para crear un modelo funcional de cambio de color dependiente del impacto. Sin embargo, éste fue sólo el primer paso; debido al coste prohibitivo del método de litografía holográfica, utilizaron el modelo para extrapolar métodos de producción más viables económicamente. Las investigaciones posteriores condujeron a la creación de materiales basados en polímeros que podían imitar el comportamiento de los cristales fotónicos a un coste significativamente inferior.

En primer lugar, moldearon el polímero en una estructura similar a la de los cristales fotónicos. El molde se compone de partículas de sílice mezcladas de distintos tamaños. A continuación, los cristales se ensamblan en los patrones deseados. Calentaron el polímero en el molde, dejaron que se solidificara y luego retiraron la sílice para crear cristales de polímero invertidos.2

La naturaleza específica del cambio de color mide la fuerza de la colisión, produciendo cambios cromáticos distintos y repetibles en respuesta a niveles específicos de fuerza. Por ejemplo:

Uno de los casos en los que se registró un cambio de color debido a la fuerza fue cuando aplicaron 30 mN a los cristales de polímero, que pasaron de rojo a verde. Eso es tan fuerte como un sedán circulando a 130 km/h y chocando contra una pared de ladrillos. Con 90 mN que tiene una fuerza similar a la de un camión a toda velocidad que también choca contra la misma pared hizo que los cristales de polímero se volvieran de color púrpura.

Hay que seguir investigando para cuantificar la relación entre la fuerza del impacto y el traumatismo cerebral y permitir la plena funcionalidad del material. Si se consigue implantar un sistema de alerta mecanocrómica plenamente operativo, se revolucionará realmente la capacidad de proteger a atletas, aventureros y trabajadores de profesiones peligrosas.

Ampliar el potencial del mecanochromismo

Las posibilidades de los polímeros mecanocrómicos no son sólo teóricas; estos extraordinarios materiales ya se utilizan en una gran variedad de aplicaciones destinadas a mejorar la salud y la seguridad. La integración de polímeros mecanocrómicos en objetos propensos al desgaste puede permitir a los usuarios evaluar fácilmente si es necesario sustituirlos. El Instituto de Investigación de Estructuras Inteligentes, por ejemplo, desarrolló una cuerda de escalada que podía notificar a los usuarios que su nivel de exposición a la tensión la había vuelto insegura para seguir utilizándola, e investigadores de la industria aeroespacial también han empleado estos notables materiales para detectar fallos inminentes en los equipos.3 Mientras tanto, la preocupación por la manipulación y la falsificación en la industria farmacéutica ha llevado a algunas empresas a integrar elementos mecanocrómicos en los envases que alertan a los usuarios de una posible manipulación indebida, y los fabricantes de materiales y sustancias frágiles e inestables están integrando sistemas mecanocrómicos de alerta para indicar condiciones de sobrecarga. Actualmente se están investigando otras innumerables aplicaciones que cambiarán nuestra forma de vivir, trabajar y jugar.

Los espectrofotómetros están desempeñando un papel fundamental en el desarrollo de polímeros que cambian de color, ya que permiten analizar con precisión la calidad del color y su comportamiento en respuesta a los estímulos. Fuente de la imagen: Brett Jordan, usuario de Flickr

El más alto nivel de control de calidad del color

En los próximos años, será necesario desarrollar una gama aún más diversa de polímeros mecanocrómicos para satisfacer la demanda a medida que los actores de todos los sectores reconozcan el potencial de los materiales inteligentes. Cuando estos sofisticados plásticos se utilizan con fines sanitarios y de seguridad críticos, la consistencia, precisión y previsibilidad del color son absolutamente esenciales para garantizar un funcionamiento óptimo. Las sofisticadas capacidades de medición del color de la espectrofotometría ofrecen una herramienta analítica inestimable para los investigadores y fabricantes que buscan desarrollar nuevos materiales mecano-crómicos, tanto basados en colorantes como estructurales. Al cuantificar objetivamente los datos cromáticos, los espectrofotómetros permiten una observación precisa del comportamiento del color en respuesta a estímulos específicos, proporcionándole la información que necesita para adaptar cuidadosamente el diseño de los polímeros, las formulaciones de los tintes y las instrucciones de uso. El poder del análisis espectral le proporciona unas capacidades de gestión del color sin precedentes para lograr el máximo nivel de calidad estética y funcionalidad en polímeros mecanocrómicos y liberar realmente el potencial de estos apasionantes materiales.

HunterLab ha sido pionero en el campo de la medición del color durante más de 60 años. Nuestra innovadora gama de instrumentos espectrofotométricos le permite lo último en garantía de calidad del color para facilitar la investigación, el desarrollo y la fabricación, tanto si trabaja con materiales tradicionales como de vanguardia. Con una completa selección de instrumentos portátiles, de sobremesa y en línea entre los que elegir, disponemos de las herramientas que necesita para hacer realidad su visión. Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre nuestros renombrados espectrofotómetros, excelentes paquetes de software y servicios de atención al cliente de primera clase.