Modrica, masnica, šljiva (pod okom), čvoruga, krvga (na čelu), čvrga, hematom, otok, edem, potkožno kapilarno krvarenje… Sve su to nazivi, od uličnih do medicinskih, za ono što se vidi na koži nakon udarca ili – što bi liječnik rekao – kada pacijent pretrpi lakše tjelesne ozljede. No nije mi namjera da u ovom članku (i inače) konkuriram suradniku ove rubrike, doktoru Bereckom, nego da ukažem na novo dostignuće troje američkih kemičara. (No opet je riječ o jednom Kinezu, Yangjuu Linu i  jednoj Ruskinji, Tatiani Kouznetsovoj, koji su došli raditi kod profesora Stephena L. Craiga na Duke University u Sjevernoj Karolini.) Oni su napravili polimer na kojem ostaju modrice  – baš kao na živoj koži.  

Iza njihova dostignuća, koje su objavili prošle godine u prosinačkom broju časopisa Journal of the American Chemical Society (JACS), krije se jedna  lijepa, upravo elegantna kemija – za one koji znaju čitati kemijske formule. Temelj svega je mehanofor, dio molekule koji se mijenja djelovanjem mehaničke sile. Taj se dio sastoji od tročlanog, ciklopropanskog prstena, na koji su geminalno (dakle na istom atomu) vezana dva atoma klora. Usto je, na drugom vrhu ciklopropanskog „trokuta“ vezana metoksilna skupina, –OCH₃. Tako je nastao segment koji se označava kao MeO-gDCC, a to znači methoxy-gem-dichlorocyclopropane ili, hrvatski, metoksi-gem-diklorciklopropan. Ciklopropanski prsten lako puca, pa su ga kemičari sa Sveučilišta  Duke iskoristili da pukne baš onda kada treba, naime kada se molekula, u čiji je lanac on ugrađen dovoljno rastegne.

Rastezanjem  molekule otvara se ciklopropanski prsten i pri tome dolazi do stvaranja jedne dvostruke veze te vezivanja kisika na nov način, u obliku karbonilne skupine, >C=O. No to nije najvažnije. Najvažnije je da u toj osebujnoj reakciji nastaju još dva produkta. Prvi je metilklorid (CH₃Cl ili MeCl), a drugi – još važniji – klorovodik, HCl. Klorovodik je, zna se, kiselina, pa kao svaka kiselina reagira s indikatorom mijenjajući mu boju. Za to su američki kemičari odabrali poveliku molekulu rodamina koju su također vezali za polimerni lanac. Koji lanac? Baš sam njega zaboravio spomenuti. Riječ je o silikonu, umjetnoj gumi (elastomeru) PDMS ili, punim imenom, poli(dimetilsiloksanu). Taj je polimer s  ugrađenim indikatorom, rodaminom, i mehanoforom, MeO-gDCC, postao materijal na kojem se poznaju modrice – baš kao na ljudskoj koži.

Baš kao i na ljudskoj koži, modrice na umjetnoj gumi ne nastaju uvijek i ne vide se odmah. One nastaju tek onda kada se polimer dovoljno rastegne, stisne ili pretrpi udarac.  Tada puca ciklopropanski prsten te se oslobađa HCl koji reagira s rodaminom.

Unatoč tome što se udaljenosti među molekulama mjere nanometrima, milijuntinkama milimetra, ipak treba dosta vremena da molekula HCl dođe (difundira) do rodamina. Nakon udarca čekićem, boja se polimera isprva brzo a potom sve sporije mijenja da bi  „modrica“ potpuno sazrela tek nakon deset sati. Upravo ta pojava, da se boja sporo mijenja, omogućuje ne samo da se vidi kako je polimer udaren nego i da se utvrdi kada je udaren. Mjerenjem naime intenziteta boje u ovisnosti o vremenu može se izvesti jednadžba iz koje se potom može izračunati kada se polimer „ozljedio“.

Ono što je najzanimljivije, „polimer s modricom“ ima dvije boje. Prva je boja ružičasta (apsorpcija pri 560 nm) i ta se boja, jasno, lako primijeti. Druga je boja, žuta, znatno intenzivnija, no to je fluorescentna boja koja se vidi tek kada se polimer stavi pod UV svjetiljku.  

Novi će polimer, ili točnije njegov mehanofor, dobro doći svugdje gdje treba utvrditi je li neki materijal bio (i kada je bio) izložen prevelikom stresu: mehaničar ili trgovac bi jednostavno vidio da su dijelovi stroja, vozila ili kućnog aparata poprimili boju Pinka Panthera. No tu nije, čini se, kraj. U zaključku članka autori ukazuju na mogućnost da se vodikovi ioni (H⁺) oslobođeni rastezanjem, stiskanjem ili udaranjem polimera iskoriste i za drugo, a ne samo za promjenu boje indikatora. Mogao bi se napraviti i takav polimer u kojem bi vodikovi ioni, oslobođeni stresom, bili katalizatori za reakcije spajanja prekinutih polimernih lanaca. Time bi umjetni materijal s mehanoforom dobio još jedan atribut živoga: mogao bi se i sam obnavljati.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti.  Sada piše za Čovjek i svemir te  mrežne stranice Zg-magazin i, naravno, BUG online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda,  a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.