Los químicos del MIT han creado un nuevo material que combina la flexibilidad de los geles poliméricos con la estructura rígida provista por grupos de metal. Los nuevos geles podrían ser adecuados para una variedad de funciones posibles, incluyendo la liberación de drogas, almacenamiento de gases ofiltración de agua, dicen los investigadores.
Estos nuevos geles, conocidos como polyMOCs, son un híbrido de dos materiales llamados metalogeles y jaulas orgánicas metálicas. Los metalogeles, que consisten en metales unidos a cadenas poliméricas, son similares a los geles poliméricos regulares en que son blandos y viscoelásticos.las jaulas MOC, por otro lado, tienen una estructura rígida y tienden a formar materiales cristalinos.
"Uno puede imaginar una clase de materiales que toma prestados de ambos, y también las estructuras bien definidas y autoensambladas de los MOC, pero también tiene las propiedades viscoelásticas de un gel de polímero. Eso es lo que hemos probadohacer ", dice Jeremiah Johnson, el profesor asistente Roger y Georges Firmenich de química de productos naturales y el autor principal de un artículo que describe los geles en Química de la naturaleza .
El autor principal del artículo es Aleksandr Zhukhovitskiy, un estudiante graduado en el Departamento de Química del MIT.
autoensamblaje
Para crear estos geles, Johnson y sus colegas se basaron en una técnica conocida como ensamblaje metalo-supramolecular. Esta estrategia permite a los químicos generar formas tridimensionales, como esferas, ruedas de paletas o pirámides, al mezclar polímeros que están unidos a moléculas llamadasligandos. Estos ligandos son compuestos orgánicos que pueden unirse a un átomo de metal.
En este caso, los investigadores utilizaron un ligando que contiene dos grupos de piridina que pueden unirse al paladio metálico. Cada átomo de paladio puede formar enlaces con otras cuatro moléculas de ligando, creando una estructura rígida en forma de jaula con 12 centros de paladio y24 ligandos. Estos centros luego se conectan con otras jaulas metálicas mediante conectores de polímero flexible, formando un gel grande y autoensamblado.
Si bien cada jaula metálica puede tener un máximo de 24 cadenas de polímero unidas a ella, solo cuatro o cinco de ellas se conectan a otras jaulas metálicas. Estas cadenas adicionales no unidas se enrollan hacia atrás y se unen a su propia jaula metálica. Estos bucles se conocen comúnmente comocomo "defectos", pero el equipo del MIT los vio como una oportunidad para mejorar el material al reemplazar algunos de los ligandos de esas cadenas con nuevas moléculas funcionales.
"Podemos tomar los ligandos que no están conectados a otra jaula y cambiarlos, mientras mantenemos el mismo número neto de cadenas que conectan las uniones", dice Johnson. "Esto nos permite fabricar materiales completamente diferentes en términos de su composición, pero pueden tener las mismas propiedades mecánicas ".
En este estudio, los investigadores agregaron una molécula fluorescente llamada pireno en lugar de algunos de los ligandos en bucle. "Cuando observamos este material bajo la luz ultravioleta, es fluorescente, pero mecánicamente es idéntico a un material sin el ligando de pireno".el módulo es el mismo, el comportamiento de hinchazón es el mismo, pero ahora este gel es intensamente fluorescente ", dice Johnson.
Muchas funciones posibles
Johnson dice que esta técnica es lo suficientemente general como para que los investigadores puedan agregar muchos otros tipos de moléculas con diferentes funciones. Dichos geles podrían usarse para la administración de medicamentos al diseñarlos para almacenar moléculas de medicamentos dentro de las jaulas metálicas. También podríanse puede usar para almacenar gases como el hidrógeno, que sería útil en automóviles que funcionan con celdas de combustible. Al agregar ligandos que pueden agarrar y aislar metales pesados, estos geles también podrían adaptarse para la purificación del agua.
"Podrías imaginar unir todo tipo de cosas en esos ligandos adicionales para adaptar el material para aplicaciones de interés", dice Johnson. "Actualmente estamos trabajando en hacer ligandos que no solo puedan poner algo fuera de la jaula, sino tambiéndentro de la jaula, por lo que podríamos hacer una absorción o liberación controlada de moléculas desde el interior de estas jaulas ".
Los investigadores también están experimentando con la creación de geles similares con diferentes formas de jaula y el desarrollo de materiales que usan metales distintos al paladio. Estos metales, como el zinc, el hierro y el titanio, son más baratos y potencialmente menos tóxicos que el paladio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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