Новое исследование раскрывает ключ к устойчивому экологическому развитию

Супрамолекулярные полимеры — это новый класс полимеров, которые в настоящее время изучаются для применения в материалах. Эти интересные соединения также играют важную роль в клеточной активности организма. «Supra», как следует из названия, обладает некоторыми уникальными свойствами, выходящими за рамки свойств обычных полимеров.

В отличие от традиционных полимеров, которые удерживаются вместе прочными необратимыми ковалентными связями, супрамолекулярные полимеры удерживаются вместе более слабыми обратимыми водородными связями. Они могут легко собираться и разбираться, обладают высокой универсальностью и могут использоваться для разработки средств таргетной доставки лекарств, датчиков для обнаружения загрязняющих веществ, диагностических маркеров, устройств накопления энергии, средств личной гигиены, а также самовосстанавливающихся и перерабатываемых материалов. Их превосходная пригодность к вторичной переработке делает их прекрасными кандидатами на устойчивое применение; однако есть одно препятствие: исследователям еще предстоит понять, как контролировать рост полимеров.

Однако в этом аспекте были достигнуты успехи. Исследователи теперь могут создавать «маловероятные» полимеры, запуская их сборку с «затравками», что позволяет контролировать рост их полимеров. Существует два основных механизма, посредством которых происходит самосборка, вызванная затравкой: первичное зародышеобразование или удлинение, когда полимер растет от своего конца, и вторичное зародышеобразование, когда новые молекулы присоединяются к полимеру, прилипая к его поверхности. Различие между этими процессами важно, поскольку оно позволяет исследователям лучше контролировать и манипулировать ростом этих уникальных полимеров. К сожалению, в большинстве случаев зародышевой самосборки первичную и вторичную нуклеацию бывает трудно отличить друг от друга.

Чтобы решить эту проблему, группа исследователей под руководством профессора Сики Ягаи из Университета Тиба стремилась сравнить и изучить влияние этих двух процессов, одновременно очерчивая роль точно контролируемой «затравочной супрамолекулярной полимеризации». Их целью было выяснить, как различные формы зародышей влияют на образование новых супрамолекулярных полимеров; их результаты были впервые опубликованы 10 мая 2023 года, а затем появились в томе 59, выпуске 48 журнала Chemical Communications 18 июня 2023 года. Профессор Ягайтелл рассказывает нам, что побудило команду продолжить эту тему исследования: «Из-за сложности контролируя полимеризацию, супрамолекулярные полимеры еще не достигли точки практического применения, хотя с момента их создания как концепции прошло три десятилетия». Однако он убежден, что из-за их универсальности дальнейшие исследования в этой области, вероятно, приведут к широкому применению этих самоорганизующихся полимеров в нашей повседневной жизни.

Для своих экспериментов исследователи использовали два супрамолекулярных полимера в качестве «затравок». В предыдущем исследовании использовалось кольцеобразное семя с закрытыми концами, а спиралевидное семя с открытым концом было получено заново. Они обнаружили, что когда использовалось спиралевидное зародыше с открытым концом, оно действовало как шаблон для прикрепления и роста целевых молекул. С другой стороны, когда использовалось зародыш в форме кольца с закрытыми концами, оно не удлинялось, а скорее служило поверхностью, на которой новые молекулы могли прикрепляться и образовывать кластеры, как платформа для новых структур.

Это исследование показывает, что тип затравки, используемой при самосборке супрамолекулярных полимеров, влияет на способ сборки молекул и окончательную форму образующихся структур. Это открывает захватывающие возможности для различных применений: от самовосстанавливающихся и более легко перерабатываемых материалов до более совершенных систем доставки лекарств, сенсорных технологий и устройств хранения энергии. Как заявляет профессор Ягай: «Понимая эти процессы сборки, мы можем спроектировать и разработать следующее поколение более точных и экологически чистых полимеров с индивидуальной структурой и свойствами. Практическое применение супрамолекулярных полимеров позволит нам производить пластмассовые материалы с меньшими затратами энергии. потребление и сократить количество энергии, необходимой для переработки».