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医用分析仪器用针 微量泵

借助微量泵控制,迄今最精确的聚轮烷制造方案出炉

借助微量泵控制,迄今最精确的聚轮烷制造方案出炉

  聚轮烷是一种“机械锁定”聚合物,主要用于滑环凝胶、电池电极材料和药物传递平台。

  《科学》杂志近日报道,诺贝尔奖得主、美国西北大学教授Fraser Stoddart爵士等开发出了制造聚轮烷的最精确方法:使用两个人工分子泵在聚合物两端安装环化物。这种微量泵可以让研究人员精确控制进入聚合物的环化物数量。

  Stoddart说:“大家首次完成了聚轮烷的精确制造。如果不能准确定义聚合物结构,就无法微调材料的整体性能。”

  聚轮烷具有良好的弹性力学性能,含聚轮烷的材料具备自我修复潜质。这些特点吸引了研究人员的广泛关注。然而,以精确的环数构建这种颇具前景的聚合物一直是个难点。

  论文编辑、博士后研究人员Yunyan Qiu说明说:“在传统工艺中,工程师们直接将环与聚合物混合在一起,借助非共价相互作用形成包合物。如果不进行核磁共振显微镜分析,你无法确定有多少环穿过了聚合物链段。因此,人们只能大致控制环数。”

  为了攻克这一难点,Stoddart等开发了一种人工分子泵。它能够从氧化还原反应中获取能量,驱动分子由低能态转化为高能态。

  为了构建聚轮烷,分子泵会通过循环的化学或电化学氧化还原反应,使分子获得或失去电子。最初,位于聚合物两端的分子泵和环都带正电荷,相互排斥。注入电子后,分子泵和环单元都会从中性变为自由基的阳离子状态。接着,环突然被泵头吸引,并连接到聚合物两端。随后的氧化过程除去电子,恢复正电荷态。聚合物两端的正电荷单元可阻止环脱离。温和的加热条件使环通过减速带进入聚合物链。分子泵重复这一过程,将环成对注入聚合物链段中。

  Qiu说:“虽然目前大家最多只能套入10个环,但大家相信,这是受到了聚合物链的长度限制。如果大家将聚合物的长度增加一倍,环的数量应该也能增加一倍。”

  Stoddart等认为,利用分子泵法,他们还能用多种其他类型的聚合物制造具有特殊性质的聚轮烷。

  原文链接:https://phys.org/news/2020-06-tiny-polyrotaxanes-precision.html

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