Hideto Tsuji, professor aan de Toyohashi University of Technology, en zijn collega's hebben de eerste ontdekking ter wereld gedaan van 'moleculaire lijm'-actie van een tegen de klok in spiraalvormige molecule om twee structureel verschillende met de klok meedraaiende moleculen aan elkaar te lijmen. Deze ontdekking werd aangekondigd op 24 maart in Wetenschappelijke rapporten . Het was voorheen onmogelijk om twee in dezelfde richting opgerolde polymeren te binden. Bijgevolg, de vrijheidsgraad in polymeercombinatie is toegenomen, en ontwikkeling van nieuwe polymeermaterialen met verschillende eigenschappen is mogelijk geworden.

De onderzoeksgroep onder leiding van professor Hideto Tsuji doet fundamenteel en toegepast onderzoek naar biologisch afbreekbare polymeren die zijn afgeleid van hernieuwbare bronnen zoals maïs- of aardappelzetmeel. De groep bestudeert voornamelijk een typisch biologisch afbreekbaar polymeer poly(melkzuur). Poly(melkzuur) wordt gehydrolyseerd en afgebroken in het menselijk lichaam en het resulterende melkzuur wordt gemetaboliseerd zonder nadelige effecten op het lichaam te veroorzaken. Door dit voordeel, poly(melkzuur) wordt gebruikt in medische toepassingen als steigermateriaal voor weefselregeneratie en ook in milieutoepassingen.

Poly(melkzuur) bevat een asymmetrische koolstof en komt daarom voor als L- of D-enantiomeer, namelijk poly(L-melkzuur) of poly(D-melkzuur) (Fig. 1). Aangezien de interactie tussen verschillende enantiomeren (bijvoorbeeld tussen L en D) sterker is dan die tussen dezelfde enantiomeren (bijvoorbeeld tussen D en D), het mengen van de twee enantiomeren resulteert in co-kristallisatie van een L-enantiomeer en een D-enantiomeer (dit fenomeen wordt ook stereocomplexvorming genoemd). Het stereocomplex heeft een hoger smeltpunt, betere mechanische eigenschappen, en hogere hittebestendigheid en hydrolyseweerstand dan die van hun samenstellende enantiomeren, en daarom kan het stereocomplex bredere toepassingen hebben dan die van conventionele biologisch afbreekbare materialen. Onder deze omstandigheden, stereocomplexvorming tussen poly(melkzuur) is de afgelopen jaren actief onderzocht.

L-poly (melkzuur) is tegen de klok in spiraalvormig, en D-poly(melkzuur) is met de klok mee spiraalvormig. Daarom, het feit dat L-poly(melkzuur) en D-poly(melkzuur) samen een stereocomplex vormen, geeft aan dat een tegen de klok in spiraalvormig molecuul en een rechtsdraaiend spiraalvormig molecuul sterk tot elkaar worden aangetrokken. Tsuji et al. hebben ook ontdekt dat het mengen van de L- en D-enantiomeren van poly(2-hydroxybutaanzuur) (Fig. 1) (een poly(melkzuur) waarvan de methylgroep is vervangen door een ethylgroep) ook resulteert in stereocomplexvorming. In aanvulling, er zijn rapporten over dezelfde verschijnselen die optreden bij poly(2-hydroxy-3-methylbutaanzuur) (Fig. 1) (een poly(melkzuur) waarvan de methylgroep is vervangen door een isopropylgroep) en zelfs optreden tussen poly(melkzuur) ) met verschillende zijketens (bijvoorbeeld tussen L-poly(melkzuur) en D-poly(2-hydroxybutaanzuur)). Al deze verschijnselen wijzen op de aanwezigheid van een sterke interactie tussen een tegen de klok in spiraalvormig molecuul en een met de klok mee spiraalvormig molecuul.

Deze keer, Tsuji et al. hebben de actie gevonden van een tegen de klok in spiraalvormige molecule om twee structureel verschillende met de klok meedraaiende moleculen te lijmen die anders niet aan elkaar binden (Fig. 2). Deze bevinding geeft aan dat een met de klok meedraaiend molecuul ook de actie zou hebben om twee structureel verschillende tegen de klok in draaiende moleculen te lijmen die anders niet aan elkaar binden. Door experiment met D-poly (melkzuur), L-poly(2-hydroxybutaanzuur), en D-poly(2-hydroxy-3-methylbutaanzuur), Tsuji et al. hebben voor het eerst wereldwijd ontdekt dat tegen de klok in-spiraalvormige L-poly (2-hydroxybutaanzuur) werkt als "spiraalvormige moleculaire lijm" om met de klok mee-spiraalvormige D-poly (melkzuur) en met de klok mee-spiraalvormige D-poly (2-hydroxy) te lijmen -3-methylbutaanzuur) en daardoor co-kristalliseert deze twee D-moleculen ondanks dat deze twee gewoonlijk niet co-kristalliseren. Deze bevinding heeft de deur geopend voor het binden van verschillende polymeren die in dezelfde richting zijn opgerold. Nu de vrijheidsgraad in polymeercombinatie is toegenomen, ontwikkeling van nieuwe polymeermaterialen met verschillende eigenschappen is mogelijk geworden.