Las nanoestructuras que se ensamblan a sí mismas a partir de moléculas de polímero podrían resultar herramientas útiles en la química y la industria. Sin embargo, Es difícil desarrollar materiales de autoensamblaje estructuralmente robustos porque a menudo se ven afectados negativamente por su entorno.

Muchos organismos naturales han evolucionado para protegerse en ambientes hostiles. Por ejemplo, Los tipos de arqueas (microorganismos unicelulares que viven en aguas termales) tienen moléculas cíclicas en sus membranas celulares que forman escudos para preservar la célula en condiciones de calor extremo.

Inspirado en el uso que hace la naturaleza de las estructuras cíclicas, Takuya Yamamoto y colaboradores del Departamento de Materiales Orgánicos y Poliméricos, Instituto de Tecnología de Tokio, han mejorado drásticamente la estabilidad térmica y salina de las estructuras poliméricas autoensambladas, simplemente cambiando la forma de los polímeros fundadores de lineal a cíclica.

El equipo diseñó nuevos copolímeros de bloque, estructuras que comprenden varios polímeros conectados por enlaces covalentes, que se autoensamblan en formas llamadas micelas (Figura 1). Las micelas tienen una membrana externa hidrófila (que atrae el agua), y un núcleo hidrofóbico (repelente al agua).

"Diseñamos un copolímero de bloque anfifílico cíclico imitando las moléculas de grasa en la membrana celular de las arqueas, ", explica Yamamoto." Luego se utilizaron copolímeros lineales y cíclicos para crear micelas idénticas en forma de flor autoensambladas ". El equipo descubrió que, aunque la composición química, la concentración y las dimensiones de las micelas construidas a partir de los dos copolímeros de bloque de forma diferente permanecieron iguales, las micelas de base cíclica pudieron soportar temperaturas más altas.

"La micela de los copolímeros de bloques cíclicos resistió temperaturas de hasta 40 ° C más altas que las micelas de base lineal, "explica Yamamoto. Los investigadores encontraron que los extremos de los copolímeros lineales eran más propensos a desprenderse de la estructura en forma de flor durante el calentamiento, permitiendo que se produzca un puente entre las micelas. Esto significa que las micelas se unen en una gota de aglomerado a una temperatura relativamente baja. Las micelas creadas por los copolímeros cíclicos, por otra parte, no tenía 'cabos sueltos' para formar puentes, lo que significa que las estructuras se mantuvieron estables hasta temperaturas mucho más altas.

Las mismas diferencias estructurales permiten una mayor tolerancia de las concentraciones de sal en las micelas cíclicas. Las colas sueltas en las micelas de base lineal permitieron que ocurriera una deshidratación rápida en ambientes altamente salinos, mientras que las estructuras cíclicas cerradas son estructuralmente más fuertes, haciéndolos más resistentes a la sal.

"La combinación de concentraciones más elevadas de sal y resistencia térmica significa que estas micelas tienen numerosas aplicaciones potenciales, "explica Yamamoto." Las posibilidades incluyen sistemas de administración de fármacos, donde el calentamiento no es posible y la sal proporciona un método alternativo para controlar cómo responde una micela para liberar un fármaco ". El equipo también espera que sus micelas puedan proporcionar la base para muchos materiales nuevos en el campo de la química verde, porque su robustez estructural se basa puramente en su forma más que en complejas reacciones químicas.