Pesquisadores da Northwestern University desenvolveram a maneira mais precisa de construir polirrotaxanos, um polímero mecanicamente bloqueado para géis de anel deslizante, materiais de eletrodo de bateria e plataformas de distribuição de drogas.
Uma molécula em forma de colar feita com anéis enfiados em um fio de polímero, polirrotaxanos são notoriamente difíceis de construir. Um novo método do laboratório do químico vencedor do Prêmio Nobel, Sir Fraser Stoddart, usa duas bombas moleculares artificiais para instalar anéis em cada extremidade de uma coluna de polímero. As minúsculas bombas permitem aos pesquisadores controlar precisamente quantos anéis passam para o polímero.
"Esses polirrotaxanos nunca antes foram feitos com tanta precisão, "Stoddart disse." Sem a capacidade de definir com precisão a estrutura do polímero, você não pode ajustar as propriedades gerais do material. "
O jornal será publicado na sexta-feira, 12 de junho no jornal Ciência .
Stoddart é Professor do Conselho de Curadores do Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Yunyan Qiu, um pós-doutorado no laboratório de Stoddart, é o primeiro autor do artigo.
Os pesquisadores estudaram os polirrotaxanos por anos, fascinado por suas propriedades mecânicas elásticas e pelo potencial dos materiais que os contêm para autocura. Mas, até agora, era impossível construir esses polímeros promissores com um número preciso de anéis.
"Tradicionalmente, pesquisadores misturam os anéis e polímeros juntos, e eles formam complexos de inclusão por interações não covalentes, "Qiu disse." Mas você não poderia saber quantos anéis foram enroscados até que os analisasse mais tarde usando microscopia de ressonância magnética nuclear. As pessoas podiam controlar aproximadamente a porcentagem de anéis até certo ponto, mas ainda era uma estimativa. "
Para superar este desafio, os pesquisadores da Northwestern usaram uma bomba molecular artificial, que foi desenvolvido no laboratório de Stoddart em 2015. O primeiro de seu tipo, a bomba extrai energia das reações redox, conduzindo moléculas de um estado de baixa energia para um estado de alta energia.
Para construir polirrotaxanos, a bomba emprega reações redox repetitivas quimicamente ou eletroquimicamente, em que uma molécula ganha ou perde elétrons. Inicialmente, a bomba - situada em ambas as extremidades da coluna de polímero - e os anéis são carregados positivamente e, portanto, repelem-se.
Ao injetar elétrons, as unidades nas bombas e nos anéis mudam de estados dicativos para catiônicos radicais. De repente, os anéis são atraídos para as cabeças da bomba e rosqueados em ambas as extremidades da coluna de polímero. A oxidação subsequente remove os elétrons, restaurando as cargas positivas. Os anéis tentam escapar, mas não conseguem devido às unidades carregadas positivamente em ambas as extremidades da coluna de polímero. O aquecimento moderado permite que o anel passe por uma lombada na cadeia do polímero. A bomba repete esse processo para recrutar anéis aos pares na coluna de polímero.
"Podemos recrutar até 10 anéis para o segmento, "Disse Qiu." Mas acreditamos que estamos limitados apenas pelo comprimento da cadeia de polímero escolhida. Se dobrarmos o comprimento do polímero, podemos dobrar o número de anéis. "
A equipe também acredita que, com este método, eles poderiam usar muitos tipos diferentes de polímeros para criar polirrotaxanos não tradicionais com propriedades incomuns.
"Estou muito animado com esta pesquisa, "Stoddart disse." Eu coloquei isso lá com alguns dos melhores jornais com os quais estive associado durante os últimos 50 anos. "
