Un nuovo studio rivela la chiave per un approccio sostenibile ed ecologico

I polimeri supramolecolari sono una nuova classe di polimeri attualmente in fase di valutazione per applicazioni materiali. Questi composti interessanti svolgono anche un ruolo importante nelle attività cellulari del corpo. A "Supra", come suggerisce il nome, vengono attribuite alcune proprietà uniche che vanno oltre quelle dei polimeri convenzionali.

A differenza dei polimeri tradizionali, che sono tenuti insieme da legami covalenti forti e irreversibili, i polimeri supramolecolari sono tenuti insieme da legami idrogeno più deboli e reversibili. Possono essere assemblati e smontati in modo reversibile, sono altamente versatili e possono essere utilizzati per sviluppare terapie mirate per la somministrazione di farmaci, sensori per rilevare inquinanti, marcatori diagnostici, dispositivi di accumulo di energia, prodotti per la cura personale e materiali autoriparanti e riciclabili. La loro eccellente riciclabilità li rende meravigliose molecole candidate per applicazioni sostenibili; tuttavia, c’è un ostacolo: i ricercatori devono ancora capire come controllare la crescita dei polimeri.

Ci sono stati, tuttavia, dei progressi in questo aspetto. I ricercatori sono ora in grado di costruire polimeri "improbabili" innescando il loro assemblaggio con "semi", consentendo così di controllarne la crescita. Esistono due meccanismi principali attraverso i quali avviene questo autoassemblaggio indotto dai semi: nucleazione primaria o allungamento, in cui il polimero cresce dalla sua estremità, e nucleazione secondaria, in cui nuove molecole si uniscono al polimero aderendo alla sua superficie. La distinzione tra questi processi è importante perché consente ai ricercatori di controllare e manipolare meglio la crescita di questi polimeri unici. Sfortunatamente, nella maggior parte dei casi di autoassemblaggio dei semi, la nucleazione primaria e quella secondaria possono essere difficili da distinguere.

Per affrontare questo problema, un gruppo di ricercatori guidati dal professor Shiki Yagai dell’Università di Chiba mirava a confrontare e studiare l’impatto di questi due processi delineando al contempo il ruolo della “polimerizzazione supramolecolare seminata” controllabile con precisione. Il loro obiettivo era capire in che modo le diverse forme dei semi influenzano la formazione di nuovi polimeri supramolecolari; i loro risultati sono stati pubblicati per la prima volta il 10 maggio 2023 e successivamente sono apparsi nel volume 59, numero 48 di Chemical Communications il 18 giugno 2023. Il Prof. Yaga ci spiega cosa ha motivato il team a perseguire questo argomento di ricerca: "A causa della difficoltà di controllando la polimerizzazione, i polimeri supramolecolari non hanno ancora raggiunto il punto di applicazione pratica anche se sono trascorsi tre decenni dalla loro istituzione come concetto." È convinto, tuttavia, che, data la loro versatilità, ulteriori ricerche in questo settore porteranno probabilmente ad applicazioni diffuse di questi polimeri auto-organizzanti nella nostra vita quotidiana.

Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato due polimeri supramolecolari come “semi”. Mentre in uno studio precedente è stato utilizzato un seme a forma di anello con l'estremità chiusa, è stato preparato di recente un seme elicoidale con l'estremità aperta. Hanno scoperto che quando veniva utilizzato il seme elicoidale con estremità aperta, fungeva da modello per consentire alle molecole bersaglio di attaccarsi e crescere più a lungo. D'altra parte, quando veniva utilizzato il seme a forma di anello con l'estremità chiusa, non si allungava, ma piuttosto serviva come superficie dove nuove molecole potevano attaccarsi e formare cluster, come una piattaforma per nuove strutture.

Questa ricerca mostra che il tipo di seme utilizzato nei polimeri supramolecolari autoassemblanti influenza il modo in cui le molecole si assemblano e la forma finale delle strutture formate. Ciò apre interessanti possibilità per varie applicazioni, da materiali autoriparanti e più facilmente riciclabili a sistemi di somministrazione di farmaci più avanzati, tecnologie di rilevamento e dispositivi di accumulo di energia. Come afferma il Prof. Yagai: "Comprendendo questi processi di assemblaggio, possiamo progettare e sviluppare la prossima generazione di polimeri più precisi e rispettosi dell'ambiente con strutture e proprietà su misura. L'applicazione pratica dei polimeri supramolecolari ci consentirà di produrre materiali plastici con un'energia inferiore". consumo e ridurre l’energia necessaria per il riciclaggio."