Scienziati del Tokyo Institute of Technology, RIKEN e la Tohoku University hanno sviluppato una catena di polimeri di silicone che può autoassemblarsi in una struttura periodica 3-D. Hanno raggiunto questo obiettivo utilizzando le loro molecole di triptycene autoassemblanti recentemente segnalate per modificare le estremità delle catene polimeriche.

Lo sviluppo di nuovi materiali morbidi per vari tipi di ottica, meccanico, il trasporto di calore/carica e le applicazioni nanotecnologiche trarrebbero grande vantaggio dalle tecniche per creare assemblaggi polimerici in strutture ordinate periodicamente. Tali strutture ordinate vengono create utilizzando scaffold molecolari o modificando alcune parti dei polimeri utilizzati in modo che si autoassemblano nella forma desiderata.

Però, i ricercatori oggi considerano che la funzionalizzazione terminale (modificando entrambe le estremità di una catena polimerica) non sia molto efficace per creare strutture ordinate periodicamente. Ecco perché gli scienziati del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), guidato da Fumitaka Ishiwari, erano interessati a rivisitare una delle loro molecole di triptycene recentemente sviluppate, chiamato 1, 8, 13-Viaggio. Il team aveva già dimostrato che questa molecola può autoassemblarsi in modo affidabile in una struttura 3-D periodica fatta di fogli 2-D paralleli separati l'uno dall'altro da una distanza fissa (vedi Fig. 1). "Eravamo interessati a indagare se la potente capacità di autoassemblaggio di questo motivo triptycene avrebbe funzionato anche nei sistemi polimerici, " spiega Ishiwari.

Perciò, il team ha progettato catene di polidimetilsilossano (PDMS) con le estremità sostituite da una molecola di triptycene. Speravano che queste catene di silicone modificate mostrassero anche il promettente comportamento di autoassemblaggio osservato per 1, 8, 13-Viaggia da solo, e quindi ha dovuto eseguire molti esperimenti diversi per dimostrarlo, inclusa la diffrazione/scattering di raggi X con radiazione di sincrotrone utilizzando la linea di luce BL45XU a SPring-8 (Hyogo, Giappone), Calorimetria differenziale a scansione e misure spettroscopiche. Fortunatamente, tutti i risultati sembravano indicare che le catene PDMS modificate si fossero autoassemblate nella struttura periodica 3-D mostrata in Fig. 2. Ciò è stato verificato anche analizzando le differenze nelle caratteristiche di flusso delle catene PDMS modificate e delle catene PDMS regolari.

I risultati del team sono molto promettenti perché il motivo del triptycene utilizzato è semplice e facile da sintetizzare attraverso brevi passaggi, e può fornire un potente strumento per organizzare i polimeri e rafforzare le loro proprietà strutturali e fisiche. "La presente scoperta aggiornerà la nozione generale che la funzionalizzazione terminale non è efficace per ottenere l'assemblaggio controllato di polimeri in una struttura periodicamente ordinata, " conclude Ishiwari. Il team continuerà a studiare l'auto-organizzazione dei polimeri, e si spera che i risultati portino allo sviluppo di nuovi materiali e tecniche di sintesi.

Il professor Masaki Takata della Tohoku University ha attribuito il successo dello studio agli sforzi collaborativi del Network Joint Research Center for Materials and Devices e dell'impianto di radiazione di sincrotrone su larga scala, primavera-8, gestito da RIKEN. Ha aggiunto che "questo si spera possa anche innescare una grande domanda di ulteriori materiali di alta qualità, che può essere sviluppato presso l'impianto di sincrotrone 3GeV di nuova generazione, dovuto iniziare la costruzione all'Università di Tohoku l'anno prossimo."