I ricercatori in Giappone sono riusciti a creare un nuovo tipo di polimero supramolecolare elicoidale. Il processo e il meccanismo della generazione della sua struttura sono stati osservati utilizzando la microscopia a forza atomica (AFM); la struttura elicoidale è cresciuta spontaneamente dopo la miscelazione di due diversi monomeri. I risultati dello studio, che è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura il 1° aprile, Il 2020 potrebbe portare alla progettazione di materiali morbidi originali.

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno prestato attenzione ai polimeri supramolecolari formati attraverso legami non covalenti con l'obiettivo di sviluppare materiali morbidi intelligenti. Shiki Yagai, un professore alla Chiba University dice, "I polimeri supramolecolari hanno varie funzioni. Hanno capacità di autoriparazione e sono facilmente degradabili, quindi attraverso una progettazione precisa delle loro strutture molecolari saremo in grado di creare materiali con una maggiore reattività ambientale".

Per molti anni, Il prof. Yagai e il suo team di ricerca hanno lavorato alla progettazione di polimeri supramolecolari con caratteristiche uniche. Buoni esempi di questi nuovi polimeri sono polimeri supramolecolari auto-piegabili e fibre chimeriche che combinano eliche e catene lineari.

In questa ricerca, il team è riuscito a creare un polimero supramolecolare la cui struttura elicoidale si estende spontaneamente. L'estensione viene avviata mescolando solo due molecole che differiscono in un atomo di ossigeno. Osservando il suo processo di degradazione, hanno scoperto che il nuovo polimero supramolecolare ha la proprietà unica di cambiare la sua struttura chimica in risposta alla temperatura.

Quando hanno mescolato due molecole di naftalene, complessi supramolecolari a sei membri legati a idrogeno (rosette) costituiti da subunità monomeriche formavano un coaggregato amorfo (Fig. 1-A). Però, se lasciato a temperatura ambiente, subunità rosette integrate in cui due molecole sono disposte alternativamente formate gradualmente nella miscela, e questo si sviluppò spontaneamente in una bella struttura elicoidale (Fig.1-B). Il team è riuscito a controllare la copolimerizzazione utilizzando l'interazione elettrostatica tra le due molecole, e osservato la formazione dell'elicoide utilizzando AFM. Le misurazioni spettrali hanno rivelato che questo cambiamento strutturale di ordine superiore era dovuto alla composizione delle unità a rosetta che compongono il polimero. Gli omopolimeri costituiti solo da molecole ricche di elettroni (molecole rosse in Fig. 1) sono stabilizzati energeticamente formando una struttura ad anello stabile, e le rosette integrate sono ulteriormente stabilizzate dalla coaggregazione. I legami tra le rosette sono rafforzati dalla stabilizzazione energetica e crescono in una struttura elicoidale piuttosto che fermarsi ad anelli.

Inoltre, è stata scoperta una risposta termica unica in cui i copolimeri supramolecolari elicoidali collassano rapidamente a una temperatura compresa tra 45 ºC e 50 ºC. Questo fenomeno è completamente diverso dal comportamento di decomposizione termica dei polimeri supramolecolari generali, che si disintegrano gradualmente dal sito terminale o difettoso.

"Utilizzando questo cambiamento strutturale auto-ordinante, dovrebbe essere possibile creare nuovi materiali morbidi che rispondano rapidamente a vari ambienti, " dice il prof. Yagai.