新研究揭示了用于各种用途的可持续环保的下一代聚合物的关键
超分子聚合物是一类新型聚合物，目前正在对其材料应用进行评估。这些有趣的化合物在体内细胞活动中也发挥着重要作用。”如上所述顾名思义，“超分子聚合物”归因于一些超越传统聚合物的独特性质。与传统聚合物通过强的、不可逆的共价键结合在一起，超分子聚合物是通过较弱的、可逆的氢键结合在一起。它们可以可逆组装和拆卸，用途广泛，可用于开发靶向药物输送疗法、检测污染物的传感器、诊断标记物、储能装置、个人护理产品以及自我修复和可回收材料，其优异的可回收性使其成为美妙的选择可持续应用的候选分子;然而，存在一个障碍——研究人员尚未了解如何控制其聚合物的生长。
不过，这方面已经取得了进展。研究人员现在能够通过用“种子”触发聚合物的组装来构建“不太可能”的聚合物，从而控制其聚合物的生长。这种由种子诱导的自组装发生有两种主要机制：初级成核或伸长(聚合物从其末端生长)和次级成核(新分子通过粘附到聚合物表面而加入聚合物)。这些过程之间的区别很重要，因为它使研究人员能够更好地控制和操纵这些独特聚合物的生长。不幸的是，在大多数种子自组装情况下，初次成核和二次成核可能很难区分。
为了解决这个问题，由千叶大学 Shiki Yagai 教授领导的一组研究人员旨在比较和研究这两个过程的影响，同时描述精确可控的“种子超分子聚合”的作用。他们的目标是弄清楚不同的种子形状如何影响新的超分子聚合物的形成;他们的研究结果首次发表于2023年5月10日，随后于2023年6月18日发表在Chemical Communications第59卷第48期上。Yagai 教授告诉我们是什么促使团队进行这一研究课题：“ 由于聚合反应的控制困难，超分子聚合物的概念虽然已经过去了三十年，但尚未达到实际应用的程度。然而，他坚信，由于它们的多功能性，该领域的进一步研究可能会导致这些自组织聚合物在我们的日常生活中得到广泛应用。
在他们的实验中，研究人员使用两种超分子聚合物作为“种子”。虽然在之前的研究中使用了封闭式环形种子，但新制备了开放式螺旋种子。他们发现，当使用开放式螺旋种子时，它可以作为目标分子附着并生长得更长的模板。另一方面，当使用封闭端环形种子时，它不会自行拉长，而是充当新分子可以附着并形成簇的表面，就像新结构的平台一样。
这项研究表明，自组装超分子聚合物中使用的种子类型会影响分子的组装方式以及所形成结构的最终形状。这为各种应用开辟了令人兴奋的可能性，从自我修复和更容易回收的材料到更先进的药物输送系统、传感技术和能量存储设备。正如Yagai教授所说：“通过了解这些组装过程，我们可以设计和开发具有定制结构和性能的下一代更精密、更环保的聚合物。超分子聚合物的实际应用将使我们能够以更低的成本生产塑料材料。”能源消耗并减少回收所需的能源。”
在分子水平上操纵这些多功能自组装聚合物的能力为解决复杂的挑战以及在医疗保健和环境可持续性等领域创造创新、可持续的解决方案提供了巨大的潜力。
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