Исследователи из Швейцарии нашли способ контроля супрамолекулярной самоорганизации полимеров, приводящей к образованию нанофибрилл, которые могут найти применение в качестве органических нанопроводов в электронных устройствах нового поколения.

Супрамолекулярная организация зачастую развивается путем проб и ошибок – полимеризация может развиваться в любом направлении. Именно поэтому исследователи пытаются разработать методы контроля такой самоорганизации, чтобы иметь возможность получать структуры строго определенного строения.

Хольгер Фрауенрат (Holger Frauenrath) из Федеральной Политехнической Школы Лозанны с коллегами использовали молекулярные прекурсоры, способные к самоорганизации в одном направлении. Они получили олигопептид из полимерных сегментов, связанных с олигопептидными сегментами, характеризующимися образованием β-складчатой вторичной структуры, с π-сопряженным сегментом, расположенным в центре ассоциата. Правильный подбор прекурсоров позволил обеспечить агрегацию в одном направлении, при этом подавлялась агрегация в латеральном направлении.

На следующем этапе исследователи из группы Фрауенрата применили диацетиленовые производные, содержащие олигопептид-полимерные заместители, чтобы определить параметры, необходимые для успешного протекания самоорганизации в одном направлении. Было обнаружено, что ключевыми являются два фактора – длина полимерного сегмента и число водородных связей, которые может образовать олигопептидный сегмент.

Рис. 1. Производное олигопептид-полимер
состоит из гибкого полимерного сегмента,
связанного с олигопептидным сегментом,
способным к образованию β-складчатой
вторичной структуры. (Рисунок из Chem. Sci.,
2012, DOI: 10.1039/c2sc00977c).

Самоорганизация контролируется за счет образования β-складчатой структуры олигопептида, образующийся благодаря водородным связям, образующимся между двумя белковыми нитями; исследователи обнаружили, что для образования устойчивых нанофибрилл необходима сетка водородных связей, мода образования которых 4+4. Также было обнаружено, что для образования упорядоченной структуры необходимо от 10 до 20 структурных звеньев в олигомере.

После получения продукта самоорганизации исследователи легировали π-сопряженные диацетиленовые фрагменты таким образом, что они приобрели способность к электронной и дырочной проводимости, получив молекулярный провод; затем продукт самоорганизации – молекулярный провод с аналогичными свойствами – был получен при использовании уже легированных диацетиленовых фрагментов.

Джон Товар (John Tovar), эксперт по химии супрамолекулярных полимеров из Университета Джона Хопкинса отмечает, что описанный в работе подход, связанный с тонкой настройкой различных элементов самоорганизующейся структурой говорит о глубоком понимании исследователями из группы Фрауенрата взаимоотношений между структурой и свойствами ассоциата; по его словам,

такой подход может сыграть значительную роль в направленном создании супрамолекулярных материалов с прогнозируемыми свойствами.