Polimery adaptacyjne inspirowane naturą
Wykrywanie zmian w otoczeniu i inicjowanie odpowiedniej reakcji makroskopowej często ma miejsce na poziomie cząsteczkowym, a dokładniej mówiąc na poziomie nadcząsteczkowym w wyniku przesunięć dynamicznej równowagi nadcząsteczkowej. Kluczową rolę odgrywają tu białka, należące do najważniejszych polimerów naturalnych. Tworzenie syntetycznych materiałów adaptacyjnych wymaga zatem połączenia pojęć z dziedzin chemii polimerów i chemii nadcząsteczkowej. Projekt ADAPTPOLY (Adaptive polymer assemblies) umożliwił naukowcom kontrolowanie oddziaływań kowalencyjnych niezbędnych do budowy polimerów z pojedynczych monomerów. Powstały w ten sposób struktury nadcząsteczkowe wielu indywidualnie dobranych polimerów na drodze samoorganizacji i oddziaływań niekowalencyjnych. Struktura hierarchiczna, czyli struktura w więcej niż jednej skali długości, jest ściśle powiązana z funkcją. Uzyskanie kontroli nad samoorganizacją materiałów o strukturze hierarchicznej umożliwia tworzenie nowatorskich materiałów o właściwościach dostosowanych do konkretnych zastosowań. Typowymi elementami budulcowymi zespołów nadcząsteczkowych są cząsteczki cykliczne, na przykład porfiryny i cyklodekstryny. Badacze z projektu ADAPTPOLY wykorzystali je do stworzenia nowych materiałów nadcząsteczkowych na bazie polimeru. W drodze syntezy uzyskano szereg pochodnych, których mechanizm samoorganizacji oraz potencjał do dalszej modyfikacji zostały dokładnie zbadane. Istotne nowe osiągnięcie stanowią termometry polimerowe z funkcją pamięci uzyskaną dzięki kontroli oddziaływań nadcząsteczkowych. Ważnym typem materiałów adaptacyjnych inspirowanych przyrodą są polimery samonaprawiające, które potrafią samoczynnie naprawiać swoje uszkodzenia mechaniczne. Spontaniczna samonaprawa poprzez wytwarzanie dynamicznych struktur nadcząsteczkowych stanowi obecnie obszar intensywnych prac badawczo-rozwojowych. Partnerzy projektu stworzyli polimery układające się w struktury nadcząsteczkowe pod wpływem interakcji elektrostatycznych, co umożliwi opracowanie nadcząsteczkowych elastomerów termoplastycznych ze zdolnością samonaprawy. Szczegółowo opisano wzajemne związki pomiędzy strukturą, morfologią i właściwościami tej nowej klasy materiałów nadcząsteczkowych. Opracowano również polimery ze zdolnością do reagowania z dodatkiem barwnika, czułe na zmiany pH w obecności cukrów, co daje się zaobserwować dzięki fluorescencji. Ten wynalazek pomoże w opracowaniu nowoczesnego sensora glukozy. Ponadto prace nad kopolimerami blokowymi doprowadziły do stworzenia układu reagującego na zmiany pH przejściem od rozpuszczalnych łańcuchów polimerów do agregatów (miceli), Powołana w ramach projektu ADAPTPOLY na Uniwersytecie w Ghent grupa badawcza Supramolecular Chemistry Research zapewni, że zaangażowanie w stale rozwijającą się i ważną z punktu widzenia społeczno-gospodarczego dziedzinę adaptacyjnych polimerów będzie kontynuowane długo po zakończeniu projektu.
Słowa kluczowe
Polimery, zespoły polimerowe, samonaprawianie, nadcząsteczkowe, ADAPTPOLY, elastomery termoplastyczne
