Dubbel spiraalvormige covalente polymeren - die spiraalvormige verzamelingen van bouwstenen van de natuur zijn - zijn fundamenteel voor het leven zelf, en toch, ondanks tientallen jaren van onderzoek, wetenschappers zijn nooit in staat geweest om ze in hun geheel te synthetiseren zoals hun niet-spiraalvormige broeders - tot nu toe.

wetenschappers, geleid door een team van de Universiteit van Colorado Boulder, heb de code gekraakt, voor het eerst synthetische versies van deze grote DNA-achtige moleculen maken. Met behulp van dynamische covalente chemie, wat een door deze onderzoekers ontwikkeld chemisch hulpmiddel is dat zich richt op omkeerbare bindingsinteracties met zelfcorrectiemogelijkheden, ze waren niet alleen in staat om een ​​spiraalvormig covalent polymeer te construeren dat wedijvert met de verfijning van die in de natuur, maar het bestaan ​​ervan met absolute zekerheid bevestigen met behulp van monokristallijne röntgendiffractie (een krachtige, niet-destructieve manier om eenkristallen te karakteriseren met behulp van licht).

Eerder, wetenschappers hebben alleen individuele delen van de puzzel kunnen oplossen. Deze nieuwe ontdekking vorige week in Natuurchemie , Hoewel, maakt het compleet, mogelijk dit kritische en onderbelichte veld openen voor nieuw onderzoek dat implicaties zou kunnen hebben voor alles, van het maken van kunstmatige enzymen, die al succes heeft gevonden in verschillende medische toepassingen, tot het maken van biomimetische materialen (materialen die processen in de natuur nabootsen).

"Mensen kunnen zeer zelden zien wat er echt aan de hand is in synthetische polymeren in termen van ruimtelijke locaties van atomen, inter-keten interacties, hoe ze zich hechten, hoe ze kronkelen en winden op atomair niveau, " zei Wei Zhang, een auteur van de studie en een professor in de chemie aan de CU Boulder. "Met enkele kristallen, Hoewel, we kunnen het atoom echt experimenteel visualiseren, de obligaties, hoe lang is het, hoe ze met elkaar omgaan. Dat is de reden waarom het verkrijgen van de eenkristalstructuur van een polymeer een zeer, heel erg."

Polymeren zijn stoffen of materialen gevormd door de opeenhoping van veel kleinere, vergelijkbare eenheden (zoals glucose en aminozuren) die zich natuurlijk of synthetisch aan elkaar binden. Natuurlijk voorkomende polymeren kunnen zijde, wol, DNA, eiwitten, enzymen en cellulose, terwijl synthetische polymeren worden vervaardigd door wetenschappers of ingenieurs en materialen zoals kunststoffen bevatten.

Synthetische polymeren zijn er in vele vormen, afhankelijk van hun constructie - of ze nu lineair of spiraalvormig zijn, het aantal strengen, en de lengte van de strengen. Van deze, spiraalvormige polymeren waren voor wetenschappers de grootste uitdaging om synthetisch te repliceren, met de dubbelstrengs als de moeilijkste van allemaal, tot dusver beperkt tot alleen korte spiraalvormige oligomeren (een polymeer met zeer weinig herhalende eenheden).

Dat is, tot dit nieuwe onderzoek.

Zhang en collega's konden een chemisch hulpmiddel gebruiken dat ze hebben ontwikkeld, dynamische covalente chemie, om een ​​DNA-achtig covalent helixvormig polymeer te construeren. Toen ze dat deden, het grote molecuul was niet het enige dat ze ontdekten.

Ze vonden ook enkele kristallen.

"Dat kwam als een leuke verrassing, " merkte Zhang op. "Toen we aan het einde van de reactie merkten dat er enkele glanzende eenkristallen op de bodem van het reactievat lagen, we waren enthousiast. We zeiden, "Wauw! Oké, laten we het (röntgendiffractie) een kans geven." Een enkel kristal van een polymeer krijgen is uiterst zeldzaam."

Met behulp van monokristallijn synchrotron röntgendiffractie, konden de onderzoekers bevestigen, zonder twijfel, dat ze hadden gecreëerd wat voorheen onmogelijk was.

Deze ontdekking, Hoewel, is slechts het begin, zowel voor hen als voor dit kritieke vakgebied.

Nadat ze wat dieper in de structuur zelf zijn gedoken, de onderzoekers zijn van plan om met de structuur zelf te spelen en deze te verkennen, kijken of ze de kristallen zelf groter kunnen maken (nu zijn ze vrij klein), en als ze de chiraliteit kunnen beheersen, of spiraalvormige natuur, van het polymeer, die brede implicaties kunnen hebben voor katalyse (chemisch reactieproces waarbij katalysatoren worden gebruikt), signaaltransductie (hoe signalen door de cel worden verzonden) en detectietoepassingen.

"Er is veel rationeel ontwerp, synthese, structuur-eigenschap relatie werk dat we moeten doen, "Zei Zhang. "Uiteindelijk willen we aantonen dat dit een zeer krachtig platform is voor het ontwerpen van slimme biomimetische materialen."