Ученые создали сополимеры, способные к многократной самоорганизации
Группа ученых из университетов Бристоля и Торонто создали сополимеры, способные к многократной самоорганизации и образованию более сложных структур. Техника самосборки позволяет химикам создавать полимерные структуры микрометровой длины. Данные структуры очень востребованы, поскольку в конечном счете могут быть использованы для молекулярной электроники и в качестве агентов для доставки лекарств. И новый метод позволяет их получить путем двухстадийного синтеза: сначала собираются структуры нанометровых размеров, которые затем организуются в более крупные.
Метод разработали Ян Маннерс из Бристольского университета в Англии и Митчелл А. Уинник из Университета Торонто и их коллеги, опираясь на обнародованный ранее метод живой самосборки управляемой кристаллизацией (crystallization-driven self-assembly CDSA), который позволяет получать отдельные мицеллы. В новом методе такие мицеллы помогают построить структуры, которые могут самостоятельно собираться в большие «супермицеллы» (Science 2015, DOI: 10.1126/science.1261816). Работа была представлена Маннерсом на симпозиуме, организованном отделом химии полимеров на национальном заседании Американского химического общества в Денвере.
В CDSA блок-сополимеры, в которых один из блоков образует кристаллическую решетку, самособираются в цилиндрические мицеллы. Ученые сообщают, что они могут использовать одну из этих мицелл как прекурсор для роста большей блок-сомицеллы, структуры, построенной более, чем из одного типа мицелл. Исследователи смешивают прекурсоры-мицеллы с другим блок-сополимером в растворе. Блок-сополимер добавляется к обоим концам прекурсора-мицеллы. Структура продолжает расти до тех пор, пока блок-сополимер полностью не израсходуется. Отношение концентраций прекурсор-мицеллы и блок-сополимера определяет длину сомицеллы.
При использовании смеси сополимеров с гидрофобными и гидрофильными оболочками, Маннерс и его коллеги сделали блок-сомицеллы с чередующимися гидрофобными и полярными сегментами. Этот процесс может быть повторен несколько раз. На данный момент исследователям удалось получить структуры из 11 блоков.
Когда исследователи помещали сомицеллы в различные растворители, они собирались в разные структуры. Триблок-сомицеллы с полярно-гидрофобно-полярной структурой укладывались бок-о-бок в гидрофильных растворителях, таких как изопропиловый спирт и хвост-к-хвосту в неполярных растворителях, таких как гексан или декан. Одномерные и 3D сверхрешетки образуются в изопропиловом спирте в результате укладки хвост-к-хвосту триблок-сомицелл с гидрофобно-полярно-гидрофобной структурой.
По словам Маннерса, 3D структуры представляют большой интерес, особенно структуры с периодичностью порядка длины волны света. Такие структуры могут быть использованы как фотонные кристаллы.
Как утверждает Тимоти П. Лодж, профессор химии и материаловедения Университета Миннесоты, данная работа демонстрирует новый подход к созданию материалов, которые способны организовываться в структуры такой длины. Методика особенно привлекательна тем, что есть возможность увеличения длины конечного объекта и различные конечные структуры могут быть получены из одного типа интермедиата.
В будущем Маннерс надеется создать структуры, которые могут проводить электричество или собирать свет. При добавлении светособирающих красителей, по его словам, структуры могут генерировать ток, который затем можно подавать во внешнюю электрическую схему.