Opdagelse af spiralformet molekylær lim

Hideto Tsuji, professor ved Toyohashi University of Technology, og hans kolleger har gjort en verdensførste opdagelse af 'molekylær lim'-virkning af et skruelinjeformet molekyle mod uret for at lime to strukturelt forskellige skruelinjeformede molekyler sammen med uret. Denne opdagelse blev annonceret den 24. marts i Videnskabelige rapporter . At binde to polymerer oprullet i samme retning var tidligere umuligt. Følgelig, graden af ​​frihed i polymerkombination er steget, og udvikling af nye polymermaterialer med forskellige egenskaber er blevet mulig.

Forskergruppen ledet af professor Hideto Tsuji udfører grundlæggende og anvendt forskning i bionedbrydelige polymerer afledt af vedvarende ressourcer såsom majs- eller kartoffelstivelse. Gruppen studerer hovedsageligt en typisk bionedbrydelig polymer poly(mælkesyre). Poly(mælkesyre) hydrolyseres og nedbrydes i den menneskelige krop, og den resulterende mælkesyre metaboliseres uden at forårsage skadelige virkninger på kroppen. På grund af denne fordel, poly(mælkesyre) bruges i medicinske applikationer som et stilladsmateriale til vævsregenerering og også i miljømæssige applikationer.

Poly(mælkesyre) indeholder et asymmetrisk kulstof og forekommer derfor enten som L- eller D-enantiomeren, nemlig poly(L-mælkesyre) eller poly(D-mælkesyre) (fig. 1). Da interaktionen mellem forskellige enantiomerer (dvs. mellem L og D) er stærkere end den mellem de samme enantiomerer (f.eks. mellem D og D), blanding af de to enantiomerer resulterer i co-krystallisation af en L-enantiomer og en D-enantiomer (dette fænomen kaldes også stereokompleks dannelse). Stereokomplekset har et højere smeltepunkt, bedre mekaniske egenskaber, og højere varmebestandighed og hydrolyseresistens end de af deres bestanddele, enantiomerer, og derfor kan stereokomplekset have bredere anvendelser end konventionelle biologisk nedbrydelige materialer. Under disse omstændigheder, stereokompleks dannelse mellem poly(mælkesyre) er blevet aktivt forsket i de seneste år.

L-poly(mælkesyre) er skruelinjeformet mod uret, og D-poly(mælkesyre) er skrueformet med uret. Derfor, det faktum, at L-poly(mælkesyre) og D-poly(mælkesyre) danner et stereokompleks sammen indikerer, at et mod uret-spiralformet molekyle og et urets-spiralformet molekyle er stærkt tiltrukket af hinanden. Tsuji et al. har også opdaget, at blanding af L- og D-enantiomererne af poly(2-hydroxybutansyre) (fig. 1) (en poly(mælkesyre) med dens methylgruppe erstattet af en ethylgruppe) også resulterer i stereokompleksdannelse. Ud over, der er rapporter om de samme fænomener, der forekommer for poly(2-hydroxy-3-methylbutansyre) (fig. 1) (en poly(mælkesyre) med dens methylgruppe erstattet af en isopropylgruppe) og forekommer selv mellem poly(mælkesyre) ) med forskellige sidekæder (f.eks. mellem L-poly(mælkesyre) og D-poly(2-hydroxybutansyre)). Alle disse fænomener indikerer tilstedeværelsen af ​​stærk interaktion mellem et skruelinjeformet molekyle mod uret og et skruelinjeformet molekyle med uret.

Denne gang, Tsuji et al. har fundet virkningen af ​​et mod uret-spiralformet molekyle til at lime to strukturelt forskellige uret-spiralformede molekyler, som ikke binder til hinanden på anden måde (fig. 2). Dette fund indikerer, at et urets-spiralformet molekyle også ville have den virkning at lime to strukturelt forskellige mod uret-spiralformede molekyler, som ellers ikke binder til hinanden. Gennem forsøg med D-poly(mælkesyre), L-poly(2-hydroxybutansyre), og D-poly(2-hydroxy-3-methylbutansyre), Tsuji et al. har opdaget for første gang på verdensplan, at mod uret-spiral L-poly(2-hydroxybutansyre) fungerer som "spiralformet molekylær lim" til at lime med uret-spiralformet D-poly(mælkesyre) og med uret-spiralformet D-poly(2-hydroxy -3-methylbutansyre) og co-krystalliserer derved disse to D-molekyler på trods af, at disse to normalt ikke co-krystalliserer. Dette fund har åbnet døren til at binde forskellige polymerer, der er viklet i samme retning. Nu hvor frihedsgraden i polymerkombination er steget, udvikling af nye polymermaterialer med forskellige egenskaber er blevet mulig.