Kontrolleret fremstilling af multimetalliske byggeklodser til hybride nanomaterialer

Fra plastik til tøj til DNA er polymerer overalt. Polymerer er meget alsidige materialer, der er lavet af lange kæder af gentagne enheder kaldet monomerer. Polymerer, der indeholder metalkomplekser på deres sidekæder, har et enormt potentiale som hybridmaterialer inden for en række forskellige områder. Dette potentiale øges kun med inklusion af flere metalarter i polymererne. Men konventionelle metoder til fremstilling af polymerer med metalkomplekser er ikke egnede til konstruktion af multimetalliske polymerer, fordi styring af sammensætningen af ​​metalarter i den resulterende polymer er kompleks.

For nylig har et forskerhold, ledet af adjunkt Shigehito Osawa og professor Hidenori Otsuka fra Tokyo University of Science, foreslået en ny metode til polymerisering, der kan overvinde denne begrænsning. Dr. Osawa forklarer, "Den sædvanlige metode til at fremstille sådanne komplekser er at designe en polymer med ligander (molekylære 'rygrade', der forbinder andre kemiske arter) og derefter tilføje metalarterne for at danne komplekser på det. Men hvert metal har forskellige bindingsaffinitet til liganden, hvilket gør det kompliceret at kontrollere den resulterende struktur. Ved at overveje polymeriserbare monomerer med komplekser af forskellige metalarter, kan vi effektivt kontrollere sammensætningen af ​​den resulterende copolymer."

Undersøgelsen blev gjort tilgængelig online den 1. april 2022 og offentliggjort i bind 58, udgave 34 af Chemical Communications den 30. april 2022.

Når monomererne, der udgør en polymer, selv er polymerer, kaldes polymeren en copolymer. Til deres undersøgelse designede forskerne en dipicolylaminacrylat (DPAC) monomer. DPA blev valgt, fordi det er en fremragende metalligand og er blevet brugt i forskellige biokemiske applikationer. De polymeriserede derefter DPAAc med zink (Zn) og platin (Pt) for at danne to polymerkæder med metalkomplekser - DPAZn(II)Ac og DPAPt(II)Ac. De copolymeriserede derefter de to monomerer. De fandt ud af, at de ikke kun kunne skabe en copolymer med succes, men at de også kunne kontrollere dens metalsammensætning ved at variere monomerernes fødesammensætning.

Derefter anvendte de denne copolymer som en byggesten til at fremstille nanopartikler ved hjælp af plasmid deoxyribonukleinsyre (DNA) som skabelon. Plasmid-DNA blev valgt som skabelon, fordi de to monomerer, der består af, vides at binde til det. Dannelsen af ​​de resulterende nanopartikelpolymerkomplekser med DNA (polyplekser) blev bekræftet ved hjælp af højopløsnings scanning tunneling elektronmikroskopi og energidispersiv røntgenspektroskopi.

Denne teknik - nu en patentanmeldt teknologi - kan udvides til en ny metode til fremstilling af intermetalliske nanomaterialer. "Intermetalliske katalytiske nanomaterialer er kendt for at have betydelige fordele i forhold til nanomaterialer, der kun indeholder en enkelt metallisk art," siger Dr. Osawa.

De polyplekser, der dannes i undersøgelsen, er DNA-bindende molekyler, hvilket indikerer, at de kunne bruges til at udvikle lægemidler mod kræft og genbærere. Den foreslåede fremstillingsmetode vil også føre til fremskridt inden for katalyse, der bevæger sig væk fra ædle metaller som platin. "Disse multimetalliske copolymerer kan tjene som byggesten til fremtidige makromolekylære metalkomplekser af mange varianter," konkluderer Dr. Osawa. + Udforsk yderligere

Styring af længden af ​​supramolekylære polymerer