새로운 연구에서는 지속 가능한 친환경의 핵심을 밝힙니다.

초분자 폴리머는 현재 재료 응용을 위해 평가되고 있는 새로운 종류의 폴리머입니다. 이 흥미로운 화합물은 신체의 세포 활동에도 중요한 역할을 합니다. 이름에서 알 수 있듯이 "Supra"는 기존 폴리머의 특성을 뛰어넘는 몇 가지 독특한 특성을 갖고 있습니다.

강력하고 비가역적인 공유 결합으로 결합되어 있는 기존 고분자와는 달리, 초분자 고분자는 더 약하고 가역적인 수소 결합으로 결합되어 있습니다. 가역적으로 조립 및 분해가 가능하고 다목적이며 표적 약물 전달 요법, 오염 물질 감지 센서, 진단 마커, 에너지 저장 장치, 개인 관리 제품 및 자가 수리 및 재활용 재료 개발에 사용될 수 있습니다. 뛰어난 재활용성은 지속 가능한 응용을 위한 훌륭한 후보 분자가 됩니다. 그러나 한 가지 장애물이 있습니다. 연구자들은 폴리머 성장을 제어하는 ​​방법을 아직 이해하지 못했습니다.

그러나 이 부분에서는 진전이 있었습니다. 연구자들은 이제 "시드"로 조립을 촉발하여 폴리머 성장을 제어함으로써 "가능성이 없는" 폴리머를 만들 수 있습니다. 이러한 시드 유도 자가 조립이 발생하는 두 가지 주요 메커니즘이 있습니다. 즉, 폴리머가 끝에서 자라는 1차 핵형성 또는 신장과 새로운 분자가 표면에 달라붙어 폴리머에 결합하는 2차 핵형성입니다. 이러한 공정 간의 구별은 연구자가 이러한 독특한 폴리머의 성장을 더 잘 제어하고 조작할 수 있도록 하기 때문에 중요합니다. 불행하게도 대부분의 씨뿌리기 자가조립의 경우 1차 핵형성과 2차 핵형성을 구분하기 어려울 수 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해 치바 대학의 야가이 시키(Shiki Yagai) 교수가 이끄는 연구자 그룹은 정확하게 제어 가능한 "시딩된 초분자 중합"의 역할을 설명하면서 이 두 공정의 영향을 비교하고 연구하는 것을 목표로 했습니다. 그들의 목표는 다양한 종자 모양이 새로운 초분자 중합체의 형성에 어떻게 영향을 미치는지 알아내는 것이었습니다. 그들의 연구 결과는 2023년 5월 10일에 처음 발표되었으며 이후 2023년 6월 18일 Chemical Communications 59권, 48호에 게재되었습니다. Yagaite 교수는 팀이 이 연구 주제를 추구하게 된 동기를 다음과 같이 설명합니다. 중합을 제어하는 ​​초분자 고분자는 개념이 정립된 ​​지 30년이 지났음에도 불구하고 아직 실용화 단계에 도달하지 못했습니다." 그러나 그는 이 고분자의 다용성으로 인해 이 분야에 대한 추가 연구가 일상 생활에서 이러한 자기 조직화 고분자를 광범위하게 응용할 수 있을 것이라고 확신합니다.

실험을 위해 연구원들은 두 개의 초분자 폴리머를 "씨앗"으로 사용했습니다. 이전 연구에서는 끝이 닫힌 고리 모양의 씨앗을 사용했으나, 끝이 열린 나선형 씨앗을 새로 준비했습니다. 그들은 개방형 나선형 시드가 사용될 때 표적 분자가 부착되어 더 오래 성장할 수 있는 주형 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 반면, 끝이 닫힌 고리 모양의 씨앗을 사용하면 스스로 늘어나는 것이 아니라 오히려 새로운 구조의 플랫폼처럼 새로운 분자가 부착되어 클러스터를 형성할 수 있는 표면 역할을 했습니다.

이 연구는 자가 조립 초분자 폴리머에 사용되는 시드 유형이 분자 조립 방식과 형성된 구조의 최종 모양에 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 이는 자가 수리 및 보다 쉽게 ​​재활용할 수 있는 재료부터 고급 약물 전달 시스템, 감지 기술 및 에너지 저장 장치에 이르기까지 다양한 응용 분야에 대한 흥미로운 가능성을 열어줍니다. Yagai 교수는 "이러한 조립 공정을 이해함으로써 맞춤형 구조와 특성을 갖춘 더욱 정밀하고 환경 친화적인 차세대 폴리머를 설계하고 개발할 수 있습니다. 초분자 폴리머를 실제로 적용하면 에너지가 낮은 플라스틱 재료를 생산할 수 있습니다. 소비를 줄이고 재활용에 필요한 에너지를 줄입니다."