Imagine un polímero con partes removibles que pueden entregar algo al medio ambiente y luego ser regenerado químicamente para funcionar nuevamente. O un polímero que puede levantar pesas, contraer y expandir la forma en que lo hacen los músculos.
Estas funciones requieren polímeros con compartimientos de tamaño nanométrico rígidos y blandos con propiedades extremadamente diferentes que se organizan de manera específica. Un polímero híbrido completamente nuevo de este tipo ha sido desarrollado por investigadores de la Universidad de Northwestern que algún día podrían usarse en músculos artificialesu otros materiales realistas; para el suministro de medicamentos, biomoléculas u otros productos químicos; en materiales con capacidad de reparación automática; y para fuentes de energía reemplazables.
"Hemos creado un nuevo polímero sorprendente con compartimentos de tamaño nanométrico que se pueden eliminar y regenerar químicamente varias veces", dijo el científico de materiales Samuel I. Stupp, autor principal del estudio.
"Algunos de los compartimentos a nanoescala contienen polímeros convencionales rígidos, pero otros contienen los llamados polímeros supramoleculares, que pueden responder rápidamente a los estímulos, ser entregados al medio ambiente y luego regenerarse fácilmente nuevamente en los mismos lugares. Los compartimentos blandos supramolecularespodría ser animado para generar polímeros con las funciones que vemos en los seres vivos ", dijo.
Stupp es director del Instituto Simpson Querrey para BioNanotecnología de Northwestern. Es líder en los campos de nanociencia y autoensamblaje supramolecular, la estrategia utilizada por la biología para crear estructuras ordenadas altamente funcionales.
El polímero híbrido combina inteligentemente los dos tipos de polímeros conocidos: los formados con enlaces covalentes fuertes y los formados con enlaces no covalentes débiles, bien conocidos como "polímeros supramoleculares". El polímero integrado ofrece dos "compartimentos" distintos con los que los químicosy los científicos de materiales pueden trabajar para proporcionar funciones útiles.
El estudio se publicará en la edición del 29 de enero de ciencia .
"Nuestro descubrimiento podría transformar el mundo de los polímeros y comenzar un tercer capítulo en su historia: el del 'polímero híbrido'", dijo Stupp. "Esto seguiría al primer capítulo de polímeros covalentes ampliamente útiles, luego los más recientes emergentesclase de polímeros supramoleculares.
"Podemos crear materiales activos o sensibles que no se conocían anteriormente aprovechando los compartimentos con enlaces débiles no covalentes, que deberían ser muy dinámicos como los seres vivos. Algunas formas de estos polímeros que se están desarrollando en mi laboratorio ahora se comportan como músculos artificiales," él dijo.
Los polímeros obtienen su poder y características de su estructura a nanoescala. El esqueleto rígido covalente del primer polímero híbrido de Stupp tiene una sección transversal con forma de estrella ninja, un núcleo duro con brazos en espiral. Entre los brazos está elmaterial de "fuerza vital" más suave. Esta es el área que puede animarse, actualizarse y recargarse, características que podrían ser útiles en una gama de aplicaciones valiosas.
"La química fascinante de los polímeros híbridos es que el crecimiento de los dos tipos de polímeros genera simultáneamente una estructura que es completamente diferente de los dos crecidos solos", dijo Stupp. "Puedo imaginar que este nuevo material sea un parche súper inteligente parasuministro de medicamentos, donde se carga el parche con diferentes medicamentos y luego se vuelve a cargar en los mismos compartimientos exactamente cuando el medicamento ya no está ".
Stupp también es profesor de la Junta de Síndicos de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Química, Medicina e Ingeniería Biomédica y tiene nombramientos en la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern, la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas McCormick y la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg.
Stupp y su equipo de investigación también descubrieron que la polimerización covalente que forma el compartimento rígido está "catalizada" por la polimerización supramolecular, lo que produce polímeros de mucho más peso molecular.
El compartimento covalente fuertemente unido proporciona el esqueleto, y el compartimento supramolecular débilmente unido puede desgastarse o desgastarse, dependiendo de su función, y luego regenerarse agregando pequeñas moléculas. Después de las polimerizaciones simultáneas de enlaces covalentes y no covalentes, los dos compartimentos terminan unidos entre sí, produciendo un filamento cilíndrico muy largo y perfectamente formado.
Para comprender mejor la química subyacente del híbrido, Stupp y su equipo trabajaron con George C. Schatz, un teórico de renombre mundial y profesor de química Charles E. y Emma H. Morrison en Northwestern. Las simulaciones por computadora de Schatz mostraron los dos tipos delos compartimentos están muy bien integrados con enlaces de hidrógeno, que son enlaces que pueden romperse. Schatz es coautor del estudio.
"Este es un logro notable en la fabricación de polímeros de una manera totalmente nueva, controlando simultáneamente su química y cómo se unen sus moléculas", dijo Andy Lovinger, director del programa de ciencia de materiales de la National Science Foundation, que financió esta investigación.
"Estamos en el comienzo de este proceso, pero más adelante podría conducir a materiales con propiedades únicas, como desarmar y volver a armar, que podrían tener una amplia gama de aplicaciones", dijo Lovingerdijo.
El documento se titula "Polimerizaciones híbridas covalentes y no covalentes simultáneas".
Además de Stupp y Schatz, otros autores del artículo son Zhilin Yu primer autor, Faifan Tantakitti, Tao Yu y Liam C. Palmer, todos del Noroeste.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Megan Fellman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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