자연이 자기조립 나선형 폴리머에 영감을 주다

나선형 구조는 DNA의 이중 나선 구조부터 심장 근육 세포가 띠 모양으로 나선형으로 배열되는 방식까지 생물학 전반에 걸쳐 널리 퍼져 있습니다. 이 꼬불꼬불한 사다리에서 영감을 얻어 히로시마 대학 고등 과학 및 공학 대학원의 연구자들은 스스로를 제어된 나선 구조로 구성하는 인공 폴리머를 개발했습니다.

그들은 10월 24일에 Angewandte Chemie 에 연구 결과를 발표했습니다.

"우아한 생물학적 나선형 구조에 의해 동기를 부여받아, 메모리, 감지 장치, 키랄 고정상, 비대칭 촉매 및 스핀 필터링을 포함한 광범위한 잠재적 응용 분야에 정의된 손잡이를 가진 인공 나선형 조직을 개발하는 데 상당한 노력이 기울여졌습니다." 히로시마 대학 고등 과학 및 공학 대학원 교수이자 책임 저자인 타케하루 하이노가 말했습니다. "여기에 제시된 나선형 초분자 폴리머는 새로운 유형의 나선형 폴리머입니다."

폴리머는 이를 구성하는 큰 분자로 특징지어지는 광범위한 종류의 재료입니다. 자연에서 단백질과 DNA를 포함한 더 많은 것으로 발견될 수 있으며, 플라스틱의 합성 구성 요소를 포함한 여러 산업적 역할에서 발견될 수 있습니다. 초분자 폴리머의 분자는 일반적으로 상호 작용하여 비공유 결합을 형성하는데, 이는 방향성이 매우 강하고 배열에 따라 특정 행동을 유발합니다. 히로시마 대학 팀이 개발한 폴리머는 비공유 결합 외에도 기계적 결합을 포함하는 의사 폴리카테난으로 알려져 있습니다. 기계적 결합은 비공유 결합의 화학 구조를 방해하지 않고 힘을 통해 끊어질 수 있습니다. 정밀한 제어가 필요한 재료를 개발할 때 매력적인 특성입니다.

일반적으로 이러한 나선형 구조는 "한손"으로 분류되는데, 이는 꼬임이 한 방향으로만 회전한다는 것을 의미합니다. 따라서 다른 재료와 상호 작용하는 방식은 꼬임 방향에 따라 결정됩니다. 연구자들이 그 꼬임이 말하자면 좌손인지 우손인지 제어할 수 있다면, 연구자들은 폴리머가 다른 시나리오에 적용될 때 어떻게 행동하는지 제어할 수 있습니다.

"나선형 폴리머는 다양한 목적에 잠재적으로 유용하지만, 우선적인 손잡이를 가진 나선형 폴리머의 합성은 여전히 ​​어려운 과제로 남아 있습니다." 하이노가 말했습니다. "여기서, 우리는 비스포르피린 틈 단위의 보완적 이량체화에 의해 제어되는 초분자 중합을 통해 우선적인 손잡이를 가진 나선형 폴리머에 대한 새로운 합성 방법을 제시합니다."

비스포르피린 틈 단위는 다른 구성 요소와 결합하여 폴리머를 포함한 분자 복합체를 형성할 수 있는 분자 구성 요소입니다. 이러한 단위의 결합을 전략적으로 유도함으로써(이량체화) 연구자들은 생성된 폴리머의 손잡이를 사전에 결정할 수 있습니다.

"초분자 나선형 유사 폴리카테난 폴리머의 손잡이성을 제어하기 위한 제안된 새로운 전략은 제어된 나선형성과 기계적 결합에 의해 지시되는 기능을 가진 초분자 폴리머 재료에 대한 연구의 길을 열었습니다." 하이노가 말했습니다. "저희의 목표는 이러한 새로운 나선형 초분자 폴리머를 재료 분리 및 촉매 작용(또는 화학 반응의 가속)에 적용하고 나선형 초분자 폴리머의 새로운 기능적 화학을 만드는 것입니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241209203723.htm