Fabrication and Characterization of Poly(9-vinylcarbazole)-Reinforced Epoxy Shape Memory Polymers

स्मार्ट सामग्रियां (smart materials) उन पदार्थों का एक वर्ग हैं जिन्हें अपने परिवेश के प्रति प्रतिक्रिया करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो गर्मी, प्रकाश या नमी द्वारा ट्रिगर होने पर अपना रूप या व्यवहार बदलते हैं। इनमें से, शेप मेमोरी पॉलिमर (shape memory polymers) विशेष रूप से दिलचस्प हैं क्योंकि उन्हें अस्थायी आकार में मोड़ा या मरोड़ा जा सकता है और फिर गर्म करने पर वे अपने मूल रूप में वापस आ सकते हैं। ये सामग्रियां चिकित्सा के क्षेत्र में बड़ी संभावनाएं रखती हैं, जहाँ वे स्व-विस्तारित स्टेंट (self-expanding stents) या स्कैफोल्ड्स के रूप में कार्य कर सकती हैं जो ऊतकों को ठीक होने में मदद करते हैं। हालाँकि, एक महत्वपूर्ण बाधा बनी हुई है: इनमें से कई पॉलिमर मानव शरीर की शारीरिक मांगों को संभालने के लिए बहुत कमजोर होते हैं, और उनमें शरीर की विद्युत प्रणालियों के साथ बातचीत करने की क्षमता की भी कमी होती है। जटिल बायोमेडिकल उपकरणों के लिए वास्तव में उपयोगी होने के लिए, एक सामग्री को मजबूत, लचीला और विद्युत संकेतों को संचालित करने में सक्षम होना चाहिए, और साथ ही जीवित कोशिकाओं के लिए सुरक्षित भी रहना चाहिए।

हेनानन पॉलिटेकनिक यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने एक नया प्रकार का शेप मेमोरी मटेरियल बनाकर इस समस्या को हल करने की दिशा में एक कदम उठाया है जो मजबूती के साथ जैविक सुरक्षा को भी जोड़ता है। उन्होंने एक मानक एपॉक्सी रेजिन (epoxy resin) से शुरुआत की, जो एक कठोर प्लास्टिक है जिसका उपयोग अक्सर कोटिंग और एडहेसिव में किया जाता है, और इसे शेप मेमोरी पॉलिमर के रूप में कार्य करने के लिए संशोधित किया। इस आधार में, उन्होंने एक अलग पॉलिमर जिसे पॉली(9-विनाइलकार्बाज़ोल) या PVK कहा जाता है, की एक छोटी मात्रा मिलाई। PVK अपनी विद्युत आवेशों (electrical charges) को ले जाने की क्षमता के लिए जाना जाता है, जो एक ऐसा गुण है जिसे आमतौर पर सौर सेल जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में खोजा जाता है। टीम ने इन दोनों सामग्रियों को आपस में मिलाया, और यह सुनिश्चित करने के लिए प्रक्रिया को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया कि PVK एपॉक्सी में गुच्छे बनाने के बजाय समान रूप से फैल जाए। उन्होंने PVK की बिल्कुल शून्य से लेकर कुल वजन के एक प्रतिशत से थोड़ा अधिक तक की विभिन्न मात्राओं का परीक्षण किया, ताकि सही संतुलन पाया जा सके।

परिणामों ने दिखाया कि इस विशिष्ट पॉलिमर को जोड़ने से सामग्री केवल मजबूत ही नहीं हुई। कंपोजिट फिल्में काफी अधिक मजबूत हो गईं और टूटने से पहले अधिक बल सहन कर सकती थीं, जिसमें सबसे अच्छा यांत्रिक प्रदर्शन तब देखा गया जब PVK की मात्रा लगभग आधा प्रतिशत थी। महत्वपूर्ण रूप से, इस सुदृढ़ीकरण ने सामग्री की अपने आकार को याद रखने की क्षमता को खराब नहीं किया। नए कंपोजिट अभी भी शरीर के तापमान के आसपास गर्म होने पर नरम हो जाते थे, जिससे उन्हें ढालना संभव होता, और फिर पुन: गर्म करने पर वे अपने मूल रूप में वापस आ जाते। इसके अलावा, PVK के जुड़ने से सामग्री के विद्युत आवेश के प्रतिरोध (resistance) में कमी आई, जिससे सादे एपॉक्सी की तुलना में बिजली का गुजरना आसान हो गया। यह सुझाव देता है कि यह सामग्री एक दिन इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और मानव ऊतकों के बीच एक इंटरफेस के रूप में कार्य कर सकती है।

चिकित्सा उपयोग के लिए शायद सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि नई सामग्री जीवित कोशिकाओं के लिए सुरक्षित सिद्ध हुई। जब शोधकर्ताओं ने लाल रक्त कोशिकाओं के विरुद्ध इस सामग्री का परीक्षण किया, तो उन्होंने शुरू में पाया कि कुछ नमूनों ने कोशिका क्षति पहुँचाई। हालाँकि, उन्होंने पाया कि यह निर्माण प्रक्रिया से बचे हुए सूक्ष्म रासायनिक अवशेषों के कारण था। नमूनों को अवशेषों को हटाने के लिए अच्छी तरह से धोने के बाद, सामग्री ने रक्त कोशिकाओं को कोई नुकसान नहीं पहुँचाया। स्टेम कोशिकाओं (stem cells) के साथ किए गए परीक्षणों में, जो ऊतक मरम्मत के लिए महत्वपूर्ण हैं, सामग्री ने संदर्भ नमूने (reference sample) की तुलना में उल्लेखनीय सुधार दिखाया; जबकि संदर्भ सामग्री ने कोशिकीय गतिविधि को काफी हद रूप से दबा दिया, PVK-डोप वाले नमूनों ने कोशिका प्रसार (cell proliferation) को बढ़ावा दिया, जिसमें उच्चतम अनुकूलता 1.2% PVK वाले नमूनों में देखी गई। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि इन दोनों पॉलिमर को सावधानीपूर्वक मिलाकर, टीम ने एक ऐसी सामग्री बनाई है जो मजबूत, विद्युत रूप से सक्रिय और शरीर के लिए सुरक्षित है, जो भविष्य के बायोमेडिकल उपकरणों के लिए एक आशाजनक आधार प्रदान करती है जिन्हें शारीरिक भार को सहारा देने और शरीर के प्राकृतिक विद्युत संकेतों के साथ बातचीत करने, दोनों की आवश्यकता होती है।