02.12.2021 - Politecnico di Torino

Polímeros con bloques helicoidales

Formación de dominios en polímeros supramoleculares mediante irradiación UV

Los polímeros, base de todos los plásticos, no suelen tener una estructura ordenada, a diferencia de los biopolímeros, como las proteínas. Ahora, un equipo de investigadores ha desarrollado un polímero que puede diferenciarse en dominios plegados (ordenados) y desplegados (desordenados) mediante la irradiación UV. El trabajo del equipo ofrece nuevas posibilidades para desarrollar materiales blandos funcionales, según escriben en la revista Angewandte Chemie.

Las proteínas están formadas por largas cadenas moleculares que pueden plegarse o retorcerse sobre sí mismas, o formar un conjunto desordenado. La disposición de los distintos dominios ordenados dentro de la proteína le da su forma definitiva y, por tanto, su función. Sin embargo, lo que ocurre de forma sencilla y ubicua en la naturaleza no siempre es tan fácil de reproducir en un laboratorio. Es difícil dar a las macromoléculas en forma de cadena, como los polímeros, otra forma que no sea un conjunto desordenado.

Para una clase particular de polímeros conocida como polímeros supramoleculares, un equipo internacional de investigadores dirigido por Shiki Yagai, de la Universidad de Chiba (Japón), y Giovanni M. Pavan, del Politécnico de Turín (Italia), ha descubierto un sistema de plegado diferenciado. En los polímeros supramoleculares, los monómeros de la cadena no están unidos por enlaces químicos directos. En su lugar, se mantienen unidos por interacciones no vinculantes, como las fuerzas electrostáticas, lo que proporciona a los investigadores una interesante herramienta para manipular la estructura del polímero tras su formación.

El equipo de investigación construyó el polímero supramolecular a partir de monómeros que formaban rosetas de seis miembros apiladas unas sobre otras para dar lugar a una cadena infinitamente larga: una cadena de polímero supramolecular. Una curvatura intrínseca generada a lo largo de las rosetas apiladas hizo que las nanofibras se retorcieran y se plegaran en una estructura helicoidal. El plegado podía eliminarse activando un "interruptor de luz". La irradiación de luz ultravioleta hizo que el monómero se doblara, formando un pliegue en la molécula, reduciendo la rotación de la roseta y desplegando la estructura helicoidal.

Para evitar que todo el polímero se desplegara uniformemente, los investigadores emplearon también un segundo interruptor que funciona con la temperatura. Un monómero ligeramente más rígido permitió conservar la curvatura de la cadena polimérica. El calentamiento dio lugar a un estado en el que el polímero reaccionó a la irradiación UV desplegándose de forma no uniforme y cooperativa.

Un bloque tras otro se desplegaba, y los investigadores informaron de que, al prolongar la irradiación y mantener el polímero caliente, los bloques helicoidales se hacían más cortos hasta que toda la estructura se reducía a un grupo desordenado. Este mecanismo de desdoblamiento se confirmó mediante simulaciones moleculares. Los autores sugieren que los resultados obtenidos a partir de la modelización informática ilustran cómo la isomerización que se produce en los dominios más o menos ordenados de los ensamblajes puede estar en el origen de la separación de un polímero supramolecular en regiones plegadas y desplegadas.

El estudio confirmó la separación de un polímero supramolecular en regiones plegadas y desplegadas. Estos bloques podrían recibir otras funciones o interactuar de forma diferente con su entorno. Los autores afirman que esto puede abrir nuevas posibilidades para la nanofabricación de materiales blandos funcionales.

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