Brugerdefinerede sekvenser til polymerer ved hjælp af synligt lys

Forskere fra Tokyo Metropolitan University brugte en lysfølsom iridium-palladium-katalysator til at fremstille "sekventielle" polymerer, bruge synligt lys til at ændre, hvordan byggesten kombineres til polymerkæder. Ved blot at tænde eller slukke lyset, de var i stand til at realisere forskellige sammensætninger langs polymerkæden, tillader præcis kontrol over fysiske egenskaber og materialefunktion. Dette kan drastisk forenkle eksisterende polymerproduktionsmetoder, og hjælpe med at overvinde fundamentale grænser ved at skabe nye polymerer.

Verden er fuld af lange, kædelignende molekyler kendt som polymerer. Berømte eksempler på "sekventielle" copolymerer, dvs. polymerer lavet af flere byggesten (eller "monomerer") arrangeret i en bestemt rækkefølge, omfatter DNA, RNA og proteiner; deres specifikke struktur bibringer det store udvalg af molekylær funktionalitet, der understøtter biologisk aktivitet. Imidlertid, at lave sekventielle polymerer fra bunden er en vanskelig forretning. Vi kan designe specielle monomerer, der samles på forskellige måder, men de komplekse synteser, der kræves, begrænser deres tilgængelighed, omfang og funktionalitet.

For at overvinde disse grænser, et hold ledet af lektor Akiko Inagaki fra Institut for Kemi, Tokyo Metropolitan University, påført en lysfølsom katalysator indeholdende iridium og palladium. Ved at tænde og slukke et lys, de var i stand til at kontrollere hastigheden, hvormed to forskellige monomerer, styren og vinylether, blive en del af en polymerkæde. Når de udsættes for lys, styrenmonomeren blev fundet at blive inkorporeret i copolymerstrukturen meget hurtigere end i mørke, resulterer i en enkelt copolymerkæde med forskellige sammensætninger langs dens længde. Dele, der er rige på styren, er mere stive end dem, der er rige på vinylether; ved at bruge forskellige tænd/sluk-lyssekvenser, de kunne skabe polymerer med en række fysiske egenskaber, f.eks. forskellige "glasovergangs" temperaturer, over hvilket polymeren bliver blødere.

Den nyudviklede proces er væsentligt enklere end eksisterende metoder. Holdet fandt også ud af, at begge typer monomer var indbygget i polymeren via en mekanisme kendt som ikke-radikal koordinationsindsættelse; dette er en generisk mekanisme, hvilket betyder, at denne nye metode kan anvendes til at fremstille polymerer ved hjælp af en bred vifte af katalysatorer og monomerer, med potentiale til at overvinde den begrænsede tilgængelighed af monomerkandidater.