Van plastic tot kleding tot DNA, polymeren zijn overal. Polymeren zijn zeer veelzijdige materialen die zijn gemaakt van lange ketens van herhalende eenheden die monomeren worden genoemd. Polymeren die metaalcomplexen aan hun zijketens bevatten, hebben een enorm potentieel als hybride materialen op verschillende gebieden. Dit potentieel neemt alleen maar toe met de opname van meerdere metaalsoorten in de polymeren. Maar conventionele methoden voor het vervaardigen van polymeren met metaalcomplexen zijn niet geschikt voor de constructie van multimetallische polymeren, omdat het beheersen van de samenstelling van metaalsoorten in het resulterende polymeer complex is.

Onlangs heeft een onderzoeksteam, geleid door assistent-professor Shigehito Osawa en professor Hidenori Otsuka van de Tokyo University of Science, een nieuwe polymerisatiemethode voorgesteld die deze beperking kan overwinnen. Dr. Osawa legt uit:"De gebruikelijke methode om dergelijke complexen te bereiden, is door een polymeer te ontwerpen met liganden (moleculaire 'ruggengraat' die andere chemische soorten met elkaar verbinden) en vervolgens de metaalsoorten toe te voegen om er complexen op te vormen. Maar elk metaal heeft een ander bindingsaffiniteit met het ligand, wat het moeilijk maakt om de resulterende structuur te controleren. Door polymeriseerbare monomeren te overwegen met complexen van verschillende metaalsoorten, kunnen we de samenstelling van het resulterende copolymeer effectief controleren."

Het onderzoek is op 1 april 2022 online beschikbaar gesteld en gepubliceerd in Volume 58, Issue 34 van Chemical Communications op 30 april 2022.

Wanneer de monomeren waaruit een polymeer bestaat, zelf polymeren zijn, wordt het polymeer een copolymeer genoemd. Voor hun studie ontwierpen de wetenschappers een monomeer van dipicolylamine acrylaat (DPAAc). Er is gekozen voor DPA omdat het een uitstekend metaalligand is en in verschillende biochemische toepassingen wordt gebruikt. Vervolgens polymeriseerden ze DPAAc met zink (Zn) en platina (Pt) om twee polymeerketens met metaalcomplexen te vormen:DPAZn(II)Ac en DPAPt(II)Ac. Vervolgens copolymeriseerden ze de twee monomeren. Ze ontdekten dat ze niet alleen met succes een copolymeer konden maken, maar dat ze ook de metaalsamenstelling konden beheersen door de voedingssamenstelling van de monomeren te variëren.

Vervolgens pasten ze dit copolymeer toe als bouwsteen om nanodeeltjes te fabriceren met plasmide deoxyribonucleic acid (DNA) als template. Plasmide-DNA werd gekozen als matrijs omdat bekend is dat de twee samenstellende monomeren eraan binden. De vorming van de resulterende nanodeeltjespolymeercomplexen met DNA (polyplexen) werd bevestigd met behulp van hoge resolutie scanning tunneling elektronenmicroscopie en energie-dispersieve röntgenspectroscopie.

Deze techniek - nu een technologie waarvoor patent is aangevraagd - kan worden uitgebreid tot een nieuwe methode voor het vervaardigen van intermetallische nanomaterialen. "Het is bekend dat intermetallische katalytische nanomaterialen aanzienlijke voordelen hebben ten opzichte van nanomaterialen die slechts een enkele metaalsoort bevatten", zegt Dr. Osawa.

De polyplexen die in het onderzoek zijn gevormd, zijn DNA-bindende moleculen, wat aangeeft dat ze kunnen worden gebruikt om geneesmiddelen tegen kanker en gendragers te ontwikkelen. De voorgestelde fabricagemethode zal ook leiden tot vooruitgang in de katalyse die weggaat van edele metalen zoals platina. "Deze multimetaalcopolymeren kunnen dienen als bouwstenen voor toekomstige macromoleculaire metaalcomplexen van vele variëteiten", concludeert Dr. Osawa. + Verder verkennen

Regeling van de lengte van supramoleculaire polymeren