Pesquisadores no Japão conseguiram criar um novo tipo de polímero supramolecular helicoidal. O processo e mecanismo de geração de sua estrutura foram observados por microscopia de força atômica (AFM); a estrutura helicoidal cresceu espontaneamente depois que dois monômeros diferentes foram misturados. As descobertas do estudo, que foi publicado em Nature Communications em 1 de abril, 2020 pode levar ao design de materiais macios originais.

Nos últimos anos, pesquisadores têm prestado atenção aos polímeros supramoleculares formados por ligações não covalentes com o objetivo de desenvolver materiais macios inteligentes. Shiki Yagai, um professor da Universidade de Chiba diz:"Os polímeros supramoleculares têm várias funções. Eles têm capacidade de autorreparação e são facilmente degradados, portanto, por meio do projeto preciso de suas estruturas moleculares, seremos capazes de criar materiais com maior capacidade de resposta ambiental. "

Por muitos anos, O Prof. Yagai e sua equipe de pesquisa têm trabalhado no desenvolvimento de polímeros supramoleculares com características únicas. Bons exemplos desses novos polímeros são polímeros supramoleculares auto-dobráveis ​​e fibras quiméricas que combinam hélices e cadeias lineares.

Nesta pesquisa, a equipe conseguiu criar um polímero supramolecular cuja estrutura helicoidal se estende espontaneamente. A extensão é iniciada pela mistura de apenas duas moléculas que diferem em um átomo de oxigênio. Ao observar seu processo de degradação, eles descobriram que o novo polímero supramolecular tem a propriedade única de mudar sua estrutura química em resposta à temperatura.

Quando eles misturaram duas moléculas de naftaleno, Os complexos supramoleculares (rosetas) com ligações de hidrogênio de seis membros consistindo em subunidades monoméricas formaram um coagregado amorfo (Fig. 1-A). Contudo, quando deixado em temperatura ambiente, subunidades de roseta integradas em que duas moléculas são alternadamente arranjadas gradualmente formadas na mistura, e isso espontaneamente se desenvolveu em uma bela estrutura helicoidal (Fig.1-B). A equipe conseguiu controlar a copolimerização usando a interação eletrostática entre as duas moléculas, e observou a formação do helicoide usando AFM. As medições espectrais revelaram que essa mudança estrutural de ordem superior foi devido à composição das unidades de roseta que compõem o polímero. Homopolímeros consistindo apenas de moléculas ricas em elétrons (moléculas vermelhas na Fig. 1) são energeticamente estabilizados formando uma estrutura de anel estável, e rosetas integradas são posteriormente estabilizadas por coagregação. As ligações entre as rosetas são fortalecidas pela estabilização energética e crescem em uma estrutura helicoidal em vez de parar em anéis.

Além disso, uma resposta térmica única em que os copolímeros supramoleculares helicoidais rapidamente colapsaram a 45 ºC a 50 ºC foi descoberta. Este fenômeno é totalmente diferente do comportamento de decomposição térmica de polímeros supramoleculares gerais, que gradualmente se desintegra do terminal ou local do defeito.

"Usando essa mudança estrutural autoclassiva, deve ser possível criar novos materiais macios que respondam rapidamente a vários ambientes, "diz o Prof. Yagai.