Международная группа исследователей под руководством Берта Мейера (E. W. (Bert) Meijer), Кршиштофа Матяжевского и Сергея Шейко (Sergei S. Sheiko) смогли скомбинировать два недавно разработанных продвинутых типа архитектуры полимерных молекул, получив мегаразмерный сополимер, строение которого похоже на ершик для мытья посуды с телескопическим хвостом.

Традиционно строение полимеров достаточно просто и незамысловато – как правило, полимер представляет собой линейную цепь, построенную из одинаковых структурных звеньев или, образовавшуюся в результате сополимеризации, цепь, в которую включено два и более структурных звена.

В ряде случаев, если это необходимо, химики могут получить полимер со сшитой или лестничной структурой.

Однако эти старые добрые архитектуры, многие годы описывающиеся в учебниках, уже перестали устраивать специалистов по функциональным материалам. Достижения в методиках синтеза полимеров позволяют осуществлять более эффективный контроль размера и формы полимеров, что дает возможность исследователям думать о создании самых экзотических структур полимеров.

Одной из целей химиков-полимерщиков является создание макромолекул, способных осуществлять направленную доставку лекарственных препаратов, выполнять функции катализаторов, сенсоров и применяться в других практически значимых областях.

Результаты новой работы показывают, до каких пределов может работать не только фантазия, но и экспериментальные возможности по созданию новых полимерных архитектур.

Исследователи из групп Берта Мейера (E. W. (Bert) Meijer), Кршиштофа Матяжевского и Сергея Шейко (Sergei S. Sheiko) смогли скомбинировать два недавно разработанных продвинутых типа архитектуры полимерных молекул, получив мегаразмерный сополимер, строение которого похоже на ершик для мытья посуды с телескопическим хвостом.

Полимеры с архитектурой «ершик для мытья посуды» (bottlebrush polymers) представляют собой цилиндрические макромолекулы, в которых плотно упакованные боковые цепи расположены подобно щетинкам ершика. При создании раздвижного «хвоста» для такого ершика химики получили полимеры, способные к обратимой самоорганизации с участием водородных связей – возможность изменения мотива надмолекулярного строения таких полимеров чем-то схожа с процессом спирализации белков.

Сополимер был получен в четыре стадии из мономеров, являющихся производными метилметакрилата. Синтез макромолекулы включает в себя прививку боковых цепей к основе полимера с последующим этапом модификации готового полимера, на котором к уже готовому сегменту цепи присоединялся другой, способный к водородному связыванию. Облучение продукта модификации ультрафиолетом приводит к удалению защиты и оголению групп, способных к водородному связыванию. В результате всех этих операций исследователи синтезировали макромолекулу со связанными с ней полимерными же наночастицами.

Марк Хиллмайер (Marc A. Hillmyer), директор Центра исследования полимеров при Университете Миннесоты отмечает, что

результаты работы международной исследовательской группы являются превосходным примером того, как точный направленный синтез полимеров может быть использован для получения чрезвычайно сложных макромолекулярных архитектур.

Комбинация управляемой радикальной полимеризации, блок-сополимеризации, модификации и управляемой системы образования водородных связей расширяет привычные пределы возможности синтеза функциональных полимеров.