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Jul 12, 2023

新しい研究で持続可能、エコの鍵が明らかに

超分子ポリマーは、材料用途として現在評価されている新しい種類のポリマーです。 これらの興味深い化合物は、細胞活動においても重要な役割を果たしています。

超分子ポリマーは、材料用途として現在評価されている新しい種類のポリマーです。 これらの興味深い化合物は、体内の細胞活動にも重要な役割を果たします。 「スープラ」は、その名前が示すように、従来のポリマーの特性を超えたいくつかのユニークな特性に起因します。

強力な不可逆的な共有結合によって結合されている従来のポリマーとは異なり、超分子ポリマーはより弱い可逆的な水素結合によって結合されています。 これらは可逆的に組み立ておよび分解でき、非常に多用途であり、標的薬物送達療法、汚染物質を検出するセンサー、診断マーカー、エネルギー貯蔵装置、パーソナルケア製品、自己修復性およびリサイクル可能な材料の開発に使用できます。 その優れたリサイクル性は、持続可能な用途のための素晴らしい候補分子となります。 ただし、障害が 1 つあります。それは、ポリマーの成長を制御する方法を研究者がまだ理解していないことです。

ただし、この面では進歩もあります。 研究者らは現在、「シード」を使ってポリマーの集合を引き起こすことで「ありそうもない」ポリマーを構築できるようになり、ポリマーの成長を制御できるようになった。 このシード誘起の自己集合が起こる主なメカニズムは 2 つあります。1 つはポリマーが端から成長する一次核生成または伸長、もう 1 つはポリマーの表面に付着して新しい分子がポリマーに結合する二次核生成です。 これらのプロセスを区別することにより、研究者はこれらのユニークなポリマーの成長をより適切に制御および操作できるようになるため、重要です。 残念ながら、シードされた自己集合のほとんどの場合、一次核生成と二次核生成を区別するのは困難です。

この問題に取り組むために、千葉大学の矢貝志樹教授率いる研究グループは、正確に制御可能な「シード超分子重合」の役割を明らかにしながら、これら 2 つのプロセスの影響を比較および研究することを目的としました。 彼らの目標は、さまざまな種子の形状が新しい超分子ポリマーの形成にどのような影響を与えるかを解明することでした。 彼らの発見は、2023 年 5 月 10 日に初めて発表され、その後、2023 年 6 月 18 日に Chemical Communications の第 59 巻、第 48 号に掲載されました。ヤガイ教授は、チームがこの研究テーマを追求する動機となった理由を次のように語ります。重合を制御する超分子ポリマーは、概念が確立されてから30年が経過したにもかかわらず、未だ実用化に至っていない。」 しかし、彼は、その多用途性のため、この分野でのさらなる研究が、これらの自己組織化ポリマーの日常生活における広範な応用につながる可能性が高いと確信しています。

実験のために、研究者らは2つの超分子ポリマーを「シード」として使用した。 以前の研究では両端が閉じたリング状のシードが使用されましたが、新たに両端が開いた螺旋状のシードが準備されました。 彼らは、両端が開いたらせん状のシードを使用すると、ターゲット分子が付着してより長く成長するためのテンプレートとして機能することを発見しました。 一方、閉じた端のリング状のシードを使用した場合、それ自体は伸長せず、むしろ新しい構造のプラットフォームのように、新しい分子が付着してクラスターを形成できる表面として機能しました。

この研究は、自己集合超分子ポリマーに使用されるシードの種類が、分子の集合方法と、形成される構造の最終形状に影響を与えることを示しています。 これにより、自己修復性やリサイクルが容易な材料から、より高度なドラッグデリバリーシステム、センシング技術、エネルギー貯蔵デバイスに至るまで、さまざまな用途に刺激的な可能性が開かれます。 矢貝教授は、「これらの集合プロセスを理解することで、構造と特性を調整した、より正確で環境に優しい次世代ポリマーを設計および開発できます。超分子ポリマーの実用化により、より低いエネルギーでプラスチック材料を製造できるようになります」と述べています。消費量を削減し、リサイクルに必要なエネルギーを削減します。」