I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato il modo più preciso per costruire polirotassani, un polimero meccanicamente bloccato per gel ad anello scorrevole, materiali per elettrodi della batteria e piattaforme di somministrazione di farmaci.

Una molecola simile a una collana realizzata con anelli infilati su un filo di polimero, i polirotassani sono notoriamente difficili da costruire. Un nuovo metodo del laboratorio del chimico premio Nobel Sir Fraser Stoddart utilizza due pompe molecolari artificiali per installare anelli su ciascuna estremità di una stringa di polimero. Le minuscole pompe consentono ai ricercatori di controllare con precisione quanti anelli passano sul polimero.

"Questi polirotassani non sono mai stati realizzati con tale precisione, "Stoddart ha detto. "Senza la capacità di definire con precisione la struttura del polimero, non è possibile mettere a punto le proprietà complessive del materiale."

Il documento sarà pubblicato venerdì, 12 giugno sul diario Scienza .

Stoddart è il Board of Trustees Professor del Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern. Yunyan Qiu, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Stoddart, è il primo autore dell'articolo.

I ricercatori hanno studiato per anni i polirotassani, affascinati dalle loro proprietà meccaniche elastiche e dal potenziale di autoguarigione dei materiali che li contengono. Ma, fino ad ora, era impossibile costruire questi promettenti polimeri con un numero preciso di anelli.

"Tradizionalmente, i ricercatori mescolano insieme gli anelli e i polimeri, e formano complessi di inclusione mediante interazioni non covalenti, " disse Qiu. "Ma non potevi sapere quanti anelli erano infilati finché non lo analizzi in seguito usando la microscopia a risonanza magnetica nucleare. Le persone potrebbero controllare approssimativamente la percentuale di anelli in una certa misura, ma era pur sempre una stima".

Per vincere questa sfida, i ricercatori della Northwestern hanno utilizzato una pompa molecolare artificiale, che è stato sviluppato nel laboratorio di Stoddart nel 2015. Il primo del suo genere, la pompa trae energia dalle reazioni redox, guidare le molecole da uno stato a bassa energia a uno stato ad alta energia.

Per costruire polirotassani, la pompa impiega reazioni redox ripetitive sia chimicamente che elettrochimicamente, in cui una molecola acquista o perde elettroni. Inizialmente, la pompa, situata ad entrambe le estremità della stringa di polimero, e gli anelli sono entrambi caricati positivamente e, così, respingersi a vicenda.

Iniettando elettroni, le unità sia nelle pompe che negli anelli cambiano da stati cationici a stati cationici radicali. Ad un tratto, gli anelli vengono attratti dalle teste della pompa e si infilano su entrambe le estremità del filo di polimero. La successiva ossidazione rimuove gli elettroni, ripristinando le cariche positive. Gli anelli cercano di scappare ma non ci riescono a causa delle unità caricate positivamente ad entrambe le estremità della stringa di polimero. Un leggero riscaldamento consente all'anello di passare sopra un dosso sulla catena polimerica. La pompa ripete questo processo per reclutare anelli a coppie sulla corda polimerica.

"Possiamo reclutare fino a 10 anelli sul filo, " ha detto Qiu. "Ma crediamo che siamo limitati solo dalla lunghezza della catena polimerica scelta. Se raddoppiamo la lunghezza del polimero, possiamo raddoppiare il numero di squilli."

Il team ritiene inoltre che, con questo metodo, potrebbero utilizzare molti diversi tipi di polimeri per creare polirotassani non tradizionali con proprietà insolite.

"Sono molto entusiasta di questa ricerca, " Stoddart ha detto. "L'ho messo lì con alcuni dei migliori giornali con cui sono stato associato negli ultimi 50 anni".