Los investigadores de la Universidad de Northwestern han desarrollado la forma más precisa de construir polirrotaxanos, un polímero bloqueado mecánicamente para geles de anillo deslizante, materiales de electrodo de batería y plataformas de suministro de fármacos.
Una molécula en forma de collar hecha con anillos roscados en una cuerda de polímero, los polirotaxanos son notoriamente difíciles de construir. Un nuevo método del laboratorio del químico ganador del Premio Nobel Sir Fraser Stoddart usa dos bombas moleculares artificiales para instalar anillos en cada extremo deuna cadena de polímero. Las pequeñas bombas permiten a los investigadores controlar con precisión cuántos anillos pasan sobre el polímero.
"Estos polirrotaxanos nunca antes se habían fabricado con tanta precisión", dijo Stoddart. "Sin la capacidad de definir con precisión la estructura del polímero, no se pueden ajustar las propiedades generales del material".
El documento se publicará el viernes 12 de junio en la revista ciencia .
Stoddart es profesor de la Junta de Síndicos en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Yunyan Qiu, becario postdoctoral en el laboratorio de Stoddart, es el primer autor del artículo.
Los investigadores han estudiado los polirrotaxanos durante años, fascinados por sus propiedades mecánicas elásticas y el potencial de los materiales que los contienen para curarse por sí mismos. Pero, hasta ahora, era imposible construir estos prometedores polímeros con un número preciso de anillos.
"Tradicionalmente, los investigadores mezclan los anillos y los polímeros, y forman complejos de inclusión por interacciones no covalentes", dijo Qiu. "Pero no se podía saber cuántos anillos estaban roscados hasta que los analizó más tarde con microscopía de resonancia magnética nuclear. Personaspodría controlar aproximadamente el porcentaje de anillos hasta cierto punto, pero todavía era una estimación "
Para superar este desafío, los investigadores del noroeste utilizaron una bomba molecular artificial, que se desarrolló en el laboratorio de Stoddart en 2015. La primera de su tipo, la bomba extrae energía de las reacciones redox, llevando las moléculas de un estado de baja energía a un nivel alto-estado energético.
Para construir polirrotaxanos, la bomba emplea reacciones redox repetitivas, ya sea química o electroquímicamente, en las que una molécula gana o pierde electrones. Inicialmente, la bomba, situada en ambos extremos de la cadena de polímero, y los anillos están cargados positivamente y, por lo tanto, se repelen entre sí.
Al inyectar electrones, las unidades tanto en las bombas como en los anillos cambian de estado catiónico a dicatico a radical. De repente, los anillos son atraídos a los cabezales de la bomba y se enroscan en ambos extremos de la cadena de polímero. La oxidación posterior elimina los electrones, restaurando las cargas positivas.. Los anillos intentan escapar pero no pueden debido a las unidades cargadas positivamente en ambos extremos de la cadena de polímero. El calentamiento suave permite que el anillo pase sobre un golpe de velocidad en la cadena de polímero. La bomba repite este proceso para reclutar anillos en pares en elcuerda de polímero.
"Podemos reclutar hasta 10 anillos en el hilo", dijo Qiu. "Pero creemos que solo estamos limitados por la longitud de la cadena de polímero elegida. Si duplicamos la longitud del polímero, podemos duplicar el númerode anillos "
El equipo también cree que, con este método, podrían usar muchos tipos diferentes de polímeros para crear polirrotaxanos no tradicionales con propiedades inusuales.
"Estoy muy entusiasmado con esta investigación", dijo Stoddart. "Lo puse allí con algunos de los mejores documentos con los que he estado asociado durante los últimos 50 años".
Stoddart es miembro del Instituto Internacional de Nanotecnología y del Centro Integral de Cáncer Robert H. Lurie de la Universidad Northwestern,
El estudio, "Un sintetizador de polirotaxano preciso", fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud número de concesión R01GM128037.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Amanda Morris. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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