در سال‌های اخیر، محققان MIT آزمایشات زیادی برای ایجاد ژل‌های پلیمری فلورسنت که توانایی تغییر رنگ در پاسخ به محرک‌های خارجی مختلف را دارند، انجام داده‌اند. این مواد جدید، ما را قادر می‌سازند تا تغییرات در ساختارها، سیالات و محیط را با دقت و کارایی بی‌سابقه‌ای تشخیص دهیم.
با ترکیب فلزات و چسب‌های مختلف با یک پلیمر پرمصرف، محققان با موفقیت ژل‌هایی تولید کردند که پاسخ‌های کد رنگی را به اختلالات ظریف منتشر می‌کنند و پس از پایان اختلال به حالت اولیه خود بازمی‌گردند. الهام گرفتن از طبیعتیکی از الهام‌های کلیدی در پشت این تحقیق پیشگامانه، رفتار قابل توجه موجودات طبیعی است. به عنوان مثال، صدف‌ها توانایی تولید الیاف قوی را دارند که به آنها اجازه می‌دهد به طور محکم به سطوح زیر آب بچسبند.
جالب اینجاست که این فیبرها، وقتی تحت تأثیر نیروهای خارجی قرار می‌گیرند، کششی می‌شوند و پس از رفع تنش، سفتی اولیه خود را باز می‌یابند. این مکانیسم "خود ترمیم کننده"، نیلز هولتن اندرسن، استادیار دپارتمان علوم و مهندسی مواد در MIT را مجذوب خود کرد.هولتن اندرسن پتانسیل تقلید از این ساختار طبیعی را در ایجاد مواد پویا و پاسخگو تشخیص داد. در حالی که تکرار مواد پیچیده طبیعت همیشه ساده نیست، او معتقد بود که با درک اصول پشت ساخت آنها، می‌توان مصالح ساده‌تری را با استفاده از بلوک‌های ساختمانی ارزان ساخت.بلوک‌های ساختمانی پلیمری: پایه و اساس ژل‌های پلیمری فلورسنتانتخاب هولتن اندرسن برای بلوک‌های ساختمانی، او را به کشف خواص پلیمرها سوق داد. پلیمرها مواد ساده، مقرون به صرفه و فراوانی هستند که می‌توانند در مقیاس بزرگ تولید شوند. هولتن اندرسن که شیفته ویژگی‌های خودآرایی پلیمرها شده بود، پروژه‌ای را برای ایجاد ژل‌های پلیمری آغاز نمود.به‌این‌صورت که مولکول‌های پلیمری، فلزات و لیگاندها، به صورت خودآرایی به ژل‌هایی تبدیل شدند که خواص مکانیکی متفاوتی از خود نشان می‌دادند و رنگ‌های متنوعی از نور را بر اساس فلز واسطه مورد استفاده منتشر می‌کردند.محققان با توجه به موفقیت آزمایش‌های اولیه خود، تصمیم گرفتند خانواده متفاوتی از فلزات معروف به لانتانیدها یا عناصر کمیاب خاکی را استفاده کنند. لانتانیدها نه تنها باعث کنترل خواص فیزیکی ژل‌ها می‌شوند، بلکه توانایی ساطع کردن نور، در برابر اشعه ماوراء‌بنفش را نیز دارند. این ویژگی، فرصت‌های جدیدی را برای توسعه ژل‌های تغییر رنگ ایجاد کرد که می‌توانند به عنوان حسگرهای موثر عمل کنند. با ترکیب خواص فیزیکی ژل‌ها، محققان می‌توانند موادی ایجاد کنند که به اختلالات خارجی مانند تغییرات دما و pH پاسخ دهند. فلورسانس بعنوان یک شاخص کلیدی از تغییرات محیطیبرای تأیید کاربرد بالقوه لانتانیدها در ایجاد مایعات ساطع کننده نور، محققان ترپیریدین، یک لیگاند تجاری موجود را با لانتانیدهای انتخابی در یک حلال مخلوط کردند. مخلوط‌های به دست آمده، هنگام قرار گرفتن در معرض نور ماوراء‌بنفش، نورهایی با رنگ‌های مشخص منتشر کردند.در همین راستا، محققان قصد داشتند یک مایع ساطع‌کننده نور سفید ایجاد کنند که به عنوان یک حسگر مورد استفاده قرار گیرد و با کمال تعجب، دستیابی به نور سفید، نسبتاً ساده بود. محققان با مخلوط کردن قسمت‌های مساوی از مایعات تابش نور آبی، قرمز و سبز، مایع سفید درخشانی به دست آوردند.این پیشرفت باعث ایجاد حسگری شد که می‌توانست تغییرات محیط خود را از طریق تغییرات نور ساطع شده شناسایی و گزارش کند. به عنوان مثال، تغییرات دما یا pH منجر به تغییر رنگ ساطع شده می‌شود که نشانه واضحی از تغییرات محیطی ارائه می‌دهد. این سیالات پتانسیل بسیار زیادی برای کاربردهایی مانند نظارت بر یکپارچگی ساختاری لوله‌های زیر آب، کابل‌ها و سایر زیرساخت‌های حیاتی دارند. تولد ژل‌های پلیمری فلورسنتمحققان با تکیه بر موفقیت خود با مایعات ساطع‌کننده نور، به دنبال ترکیب یون‌های لانتانید و لیگاندهای ترپیریدین در پلیمری پرکاربرد مثل پلی اتیلن گلیکول PEG بودند. در یک سری آزمایش، آنها مولکول‌های پلیمری همراه با لیگاندها را در یک حلال مخلوط کردند، تکان دادن ملایم مخلوط منجر به تبدیل از یک سیال به یک ژل فلورسنت شد زیرا یون‌های فلزی و لیگاندها به خودی خود، باند تشکیل داده و پلیمرها را به هم متصل می‌کنند.ژل‌ها نیز مشابه مایعات، رنگ‌های متفاوتی را بر اساس لانتانید مورد استفاده، نشان می‌دادند که با نسبت‌های متفاوت منجر به تغییر رنگ می‌شد.محققان مشاهده کردند که ژل‌ها نسبت به تغییرات دما و pH حساسیت نشان می‌دهند، که بیشتر بر پتانسیل آنها به عنوان حسگرهای همه کاره صحه می‌گذارد. اما چشمگیرترین نتیجه، در طول آزمایش اولتراسونیک مشاهده شد. به‌این‌صورت که ژل، وقتی در معرض امواج صوتی با فرکانس بالا قرار می‌گیرد، تا حدی به یک سیال تبدیل می‌شود و نور آبی ساطع می‌کند. اما بعد از گذشت زمان، ژل دوباره جمع شده و قابلیت‌های خود گزارش‌دهی و خود‌ترمیمی را نشان می‌دهد.کاربرد در پوشش‌ها برای نظارت بر یکپارچگی ساختاریتوسعه موفقیت‌آمیز ژل‌های پلیمری فلورسنت، راه را برای کاربرد بالقوه آنها در پوشش‌هایی که می‌توانند شکست‌های ساختاری، نوسانات دما و تغییرات pH را حس کنند، هموار کرده است. چنین پوشش‌هایی در انرژی و سیستم‌های زیست محیطی، به ویژه در عملیات های دریایی مانند مزرعه بادی و زیرساخت‌های نفت و گاز بسیار ارزشمند خواهند بود. توانایی نظارت بر یکپارچگی ساختاری کابل‌های زیر آب، که برای انتقال نیروی الکتریکی استفاده می‌شوند، برای اطمینان از ایمنی این سیستم‌ها، ارزش بسیار زیادی دارد. مسیرهای آینده: به سمت مواد خودترمیم‌شوندهدر حالی که محققان، پیشرفت‌های چشمگیری در توسعه ژل‌های پلیمری فلورسنت داشته‌اند، کار آنها هنوز کامل نشده است. کشف مواد خود‌ترمیمی که می‌توانند به طور مستقل خود را مرمت کرده و به حالت اولیه بازگردانند، نیازمند مطالعات و تحقیقات بیشتر می‌باشد. این مواد نیاز به تعویض مکرر را از بین برده و ضایعات را کاهش می‌دهند. درک مکانیسم‌های خرابی و تعمیر این مواد بسیار مهم است و محققان معتقدند که تغییرات انتشار نور، می‌توانند بینش‌های ارزشمندی در مورد رفتار این مواد در شرایط متفاوت ارائه دهند. جمع‌بندیتوسعه ژل‌های پلیمری فلورسنت یک پیشرفت قابل توجه در فناوری حسگر است. محققان با استفاده از ویژگی‌های خودآرایی پلیمرها و ویژگی‌های منحصر به فرد لانتانیدها، موادی ایجاد کرده‌اند که می‌توانند تغییرات در محیط خود را شناسایی کرده و به آنها پاسخ دهند.محققان با الهام از نبوغ طبیعت به کشف پتانسیل مواد خود‌ترمیم‌شونده ادامه می‌دهند، و در آینده شاهد توسعه مواد پیشرفته با خواص ویژه خواهیم بود.