Los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado la forma más precisa de construir polirrotaxanos, un polímero bloqueado mecánicamente para geles de anillos deslizantes, materiales de electrodos de batería y plataformas de administración de fármacos.
Una molécula en forma de collar hecha con anillos enhebrados en una cuerda de polímero, los polirrotaxanos son notoriamente difíciles de construir. Un nuevo método del laboratorio del químico ganador del Premio Nobel Sir Fraser Stoddart utiliza dos bombas moleculares artificiales para instalar anillos en cada extremo de una cuerda de polímero. Las pequeñas bombas permiten a los investigadores controlar con precisión cuántos anillos pasan al 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 artículo se publicará el viernes, 12 de junio en la revista Ciencias .
Stoddart es profesor de la Junta Directiva de la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Yunyan Qiu, un becario postdoctoral en el laboratorio de Stoddart, es el primer autor del artículo.
Los investigadores han estudiado los polirrotaxanos durante años, fascinado por sus propiedades mecánicas elásticas y el potencial de los materiales que los contienen para autocurarse. Pero, hasta ahora, era imposible construir estos polímeros prometedores con un número preciso de anillos.
"Tradicionalmente, los investigadores mezclan los anillos y los polímeros juntos, y forman complejos de inclusión mediante interacciones no covalentes, "Dijo Qiu." Pero no se podía saber cuántos anillos estaban enhebrados hasta que se analizaba más tarde usando microscopía de resonancia magnética nuclear. La gente podría controlar aproximadamente el porcentaje de anillos hasta cierto punto, pero todavía era una estimación ".
Para superar este desafío, los investigadores de Northwestern utilizaron una bomba molecular artificial, que fue desarrollado en el laboratorio de Stoddart en 2015. El primero de su tipo, la bomba extrae energía de las reacciones redox, conducir moléculas de un estado de baja energía a un estado de alta energía.
Para construir polirotaxanos, la bomba emplea reacciones redox repetitivas ya sea química o electroquímicamente, en el 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, repelen el uno al otro.
Al inyectar electrones, las unidades tanto en bombas como en anillos cambian de estados dicatiónicos a catiónicos radicales. Repentinamente, los anillos son atraídos por los cabezales de la bomba y se enroscan en ambos extremos de la cuerda 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 cuerda de polímero. El calentamiento suave permite que el anillo pase sobre un tope de velocidad hacia la cadena de polímero. La bomba repite este proceso para reclutar anillos en pares en la cadena 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 número de timbres ".
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 coloqué allí con algunos de los mejores periódicos con los que he estado asociado durante los últimos 50 años ".
