Polymeren, grote moleculen die bestaan ​​uit zich herhalende kleinere moleculen die monomeren worden genoemd, komen voor in bijna alles wat we in ons dagelijks leven gebruiken. Polymeren kunnen natuurlijk zijn of synthetisch zijn gemaakt. Natuurlijke polymeren, ook wel biopolymeren genoemd, omvatten DNA, eiwitten en materialen zoals zijde, gelatine en collageen. Synthetische polymeren vormen veel verschillende soorten materialen, waaronder plastic, die worden gebruikt bij de constructie van alles, van speelgoed tot industriële vezelkabels tot remblokken.

Omdat polymeren worden gevormd door een proces dat polymerisatie wordt genoemd, zijn de monomeren verbonden via een keten. Naarmate de keten zich ontwikkelt, bepaalt de structuur van het polymeer zijn unieke fysische en chemische eigenschappen. Onderzoekers bestuderen voortdurend polymeren, hoe ze zich vormen, hoe ze gestructureerd zijn en hoe ze deze unieke eigenschappen ontwikkelen. Door deze informatie te begrijpen, kunnen wetenschappers nieuwe toepassingen voor polymeren ontwikkelen en nieuwe materialen creëren die in een groot aantal verschillende industrieën kunnen worden gebruikt.

In een paper gepubliceerd in Nature Communications op 4 mei beschrijven onderzoekers een nieuwe structuur die is gevonden in een waterige oplossing van een amfifiel copolymeer, een dubbellaags gevouwen lamellaire mesofase genaamd, die is ontdekt door middel van een willekeurige copolymeersequentie.

"Een nieuwe mesofase is een belangrijke ontdekking omdat het een nieuwe manier laat zien waarop moleculen zichzelf kunnen organiseren", zegt professor Myungeun Seo van de afdeling Scheikunde van KAIST. "We waren bijzonder verheugd om deze dubbellaagse gevouwen lamellaire fase te identificeren, omdat pure dubbellaagse membranen thermodynamisch moeilijk te vouwen zijn."

Onderzoekers denken dat deze mesofasestructuur afkomstig is van de volgorde van de monomeren in het copolymeer. De manier waarop de verschillende monomeren zich rangschikken in de keten waaruit een copolymeer bestaat, is belangrijk en kan gevolgen hebben voor wat het copolymeer kan doen. Veel copolymeren zijn willekeurig, wat betekent dat hun structuur afhankelijk is van hoe de monomeren met elkaar omgaan. In dit geval associeert de interactie tussen de hydrofobe monomeren de copolymeerketens om het hydrofobe domein voor water te verbergen. Naarmate de structuur complexer wordt, hebben onderzoekers ontdekt dat er een zichtbare volgorde ontstaat, zodat monomeren kunnen worden gekoppeld aan het juiste paar.

"Hoewel we geneigd zijn te denken dat willekeurig wanorde betekent, hebben we hier laten zien dat een periodieke volgorde spontaan kan ontstaan ​​uit de willekeurige copolymeersequentie op basis van hun collectieve gedrag", zegt professor Seo. "We denken dat dit komt door het probleem van het matchen van sequenties:het vinden van een perfect complementair paar voor een lange sequentie is bijna onmogelijk."

Dit is wat de unieke structuur van deze nieuw ontdekte mesofase creëert. Het copolymeer vouwt spontaan en creëert een multilamellaire structuur die wordt gescheiden door water. Een multilamellaire structuur verwijst naar plaatachtige vouwen en de gevouwen lagen worden op elkaar gestapeld. De resulterende mesofase is dubbelbrekend, wat betekent dat het licht er doorheen breekt, het is vergelijkbaar met vloeibaar kristallijn en visco-elastisch, wat betekent dat het zowel viskeus als elastisch tegelijk is.

Vooruitkijkend hopen onderzoekers meer te weten te komen over deze nieuwe mesofase en erachter te komen hoe ze de uitkomst kunnen beheersen. Zodra er meer bekend is over de mesofase en hoe deze wordt gevormd, is het mogelijk dat nieuwe mesofasen kunnen worden ontdekt naarmate er meer sequenties worden onderzocht. "Een van de voor de hand liggende vragen voor ons is hoe we de vouwfrequentie kunnen regelen en de vouwhoogte kunnen aanpassen, waar we momenteel aan werken. Uiteindelijk willen we begrijpen hoe verschillende meervoudige reeksen met elkaar kunnen worden geassocieerd om orde te scheppen en de kennis toe te passen om nieuwe materialen te ontwikkelen", zegt professor Seo. + Verder verkennen

Gecontroleerde fabricage van multimetalen bouwstenen voor hybride nanomaterialen