Sapere come costruire assemblaggi di polimeri di dimensioni nanometriche (lunghe catene molecolari) è la chiave per migliorare un'ampia gamma di processi industriali, dalla produzione di nanofibre, filtri, e nuovi materiali per la fabbricazione di materiali a basso consumo energetico, circuiti e dispositivi su nanoscala. Un recente articolo in Comunicazioni sulla natura fa luce sui comportamenti chiave dei polimeri in spazi confinati appositamente progettati, aprendo la porta a un livello di controllo che prima era impossibile.

Scienziati in Giappone presso l'Università di Kyoto e l'Università di Nagoya sono riusciti a produrre canali in scala sub-nanometrica progettati su misura, o pori, che può essere manipolato per intrappolare i polimeri e consentire ai ricercatori di osservare come queste catene rispondono ai cambiamenti di temperatura. In precedenza questo livello di osservazione non era possibile, e quindi molto sui comportamenti dei polimeri negli spazi subnanometrici - in particolare le transizioni termiche - era sconosciuto.

La tecnica utilizza sostanze appositamente progettate note come polimeri di coordinazione porosi (PCP), che sono notevoli per l'alto grado con cui le loro dimensioni dei pori e altre caratteristiche possono essere controllate.

"I PCP ci consentono di progettare gabbie in cui intrappolare molecole specifiche, " spiega lo scienziato capo Dr. Takashi Uemura della Graduate School of Engineering dell'Università di Kyoto. "In questo caso, le molecole di glicole polietilenico - PEG - possono essere sistemate nelle gabbie in modo simile al modo in cui le anguille marine si nascondono nei buchi. In acque libere non c'è ordine al loro nuoto. Ma in tubi cilindrici, preferiscono disporsi linearmente in gruppi. Anche le catene polimeriche fanno questo, diventando ordinato assemblato nei canali PCP."

In questo caso, i canali PCP sono stati sintonizzati con precisione per controllare le loro dimensioni e le caratteristiche della superficie interna, consentendo al team di ricerca di osservare direttamente come si sono comportati i polimeri. Ciò ha portato alla scoperta inaspettata che la temperatura di transizione - in questo caso, il punto di fusione - dei PEG confinati è diminuito all'aumentare del loro peso molecolare - la lunghezza in questo caso.

"Questo era esattamente l'opposto di quello che avevamo osservato in massa, questo è, PEG "libero", " elabora il dottor Susumu Kitagawa, vicedirettore dell'Istituto per le scienze integrate dei materiali cellulari (iCeMS) dell'Università di Kyoto. "Riteniamo che questo sia il risultato della destabilizzazione delle catene PEG sotto confinamento. L'instabilità aumenta insieme alla lunghezza della catena".

La comprensione di dettagli così minuti dei comportamenti dei polimeri nanoconfinati dà origine alla possibilità di scoperte future nella produzione su scala nanometrica basata su assemblaggi di un piccolo numero di catene polimeriche, che a sua volta può essere utilizzato per fabbricare una vasta gamma di nuovi materiali.