Полимеры с наночастицами в главной цепи

«Химический характер» наночастиц как у типичных самодостаточных индивидуалистов и интровертов – заставить эти частицы участвовать во взаимодействиях, нарушающих их стройно-гармоничную геометрическую структуру, очень сложно.

Исследователи из Массачусетского Технологического Института (MIT) преуспели в нарушении симметрии наночастиц, используя математический принцип, известный как теорема волосатого шара. Эта теорема гласит, что на сфере, покрытой мехом, невозможно причесать все волосы, не создав, по крайней мере, двух завихрений, технически называемых сингулярностями.

В соответствии с этим способом команда Франческо Стеллачи (Francesco Stellacci) превратила наночастички золота в крошечные волосатые шарики, осаждая самоорганизующиеся монослои тиолов на их поверхности. Просвечивающая электронная микроскопия (transmission electron microscopy, TEM) продемонстрировала ученым, что тиолы самоорганизуются, распределяясь параллельно ориентированными кольцами как линии широты на глобусе. Локоны-сингулярности проявили себя как одиночные молекулы тиолов, торчащие из полюсов "наноглобуса". В отличие от молекул, формирующих кольца, «полярные» тиолы слабо стабилизированы своими соседями и, таким образом, их легче заместить.

Исследователям удалось заместить «полярные» тиолы длинноцепочечными спейсерами, несущими с каждого конца по карбоксильной группе. Затем из полученных наноконструкций были изготовлены поли- и олигомеры по традиционной методике, используемой для получения нейлона.

Массачусетские химики растворили покрытые оболочкой наночастицы в толуоле и затем ввели органическую фазу в контакт с водным раствором 1,6-диаминогексана. Продукт поликонденсации, содержащий наночастицы в главной цепи, собирали с границы раздела фаз вода-толуол (по аналогии с выделением нейлона из реакционной массы). Стеллачи поясняет, что его группой впервые созданы полимеры, содержащие наноразмерные частицы в главной цепи. Ожидается, что для этих впервые полученных объектов будут выполняться некоторые из фундаментальных закономерностей физики полимеров и, в то же самое время, новые полимеры продемонстрируют целую плеяду принципиально новых свойств.

Автор многих пионерских работ в области нанотехнологии Чеес Деккер (Cees Dekker) из Технического Университета Дельфта (Нидерланды) приветствует новое направление нанохимии. Он отмечает, что работа Стеллачи может открыть новую широкую дорогу для использования наночастиц. Деккер считает, что методика американских химиков делает наночастицы более функциональными и позволяет связывать их с другими частицами в определенных направлениях, точно так, как атомы, связываясь между собой, образуют молекулы.

Источник: Science, 2007, 315, 358