Новости химической науки > Химическая липучка успешно прилипает и под водой

Исследователи из Южной Кореи разработали химическую «липучку», которая перспективна в плане использования как прочный адгезивный материал обратимого действия, способный работать под водой. Исследователи предполагают, что новый материал сможет применяться в самых различных областях, в которых требуется обратимое склеивание деталей в водной среде.

Предпринимавшиеся ранее попытки создать адгезивные материалы, работающие под водой, были основаны на применении биомиметических полимеров, содержащих катехины, которые, как правило. Секретируются морскими организмами, например – мидиями. Однако для таких систем нужен отвердитель, они склеивают поверхности за счет кросс-сочетания с образованием прочных ковалентных связей, приводящих к постоянному, необратимому склеиванию поверхностей.

Исследователям из группы Кимуна Кима (Kimoon Kim) удалось разработать супрамолекулярнуюс систему, способную к прочному и обратимому связыванию, работая и под водой. Исследователи сравнивают новый материал с молекулярной «липучкой», объединяющейся за счет контакта крошечных петелек и крючочков.

«Крючки» из ферроценильных остатков (желтые) связываются с «петлями» кукурбитурила (серые), позволяя удерживать друг с другом два фрагмента кремнийорганического полимера. (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2013, DOI: 10.1002/anie.201209382)

Ким отмечает, что существует постоянная и растущая необходимость в новых адгезивных материалах, способных к прочному связыванию под водой, при этом для многих областей (например – лечение живой биологической ткани или создание хирургического шовного материала) нужно, чтобы такой материал мог неоднократно повторять циклы «склеивание»-«расклеивание», необходима возможность управления свойствами такого материала за счет варьирования условий. Новая молекулярная липучка отвечает требованиям, предъявляемым к подобным материалам, обеспечиваемое ей соединение поверхностей можно обратить за счет как механического, так и химического воздействия.

Новая химическая липучка представляет собой две отдельных пластины из кремнийорганического полимера, одна из которых функционализирована циклическими «петлями» из кукурбит[7]урильных групп, а вторая – «крючками», роль которых играют аминоферроценильные остатки. При контакте образуются прочные комплексы типа гость хозяин – ферроценильные группы удерживаются внутри полости кукурбитулов за счет гидрофобных и ион-дипольных взаимодействий. При этом супрамолекулярная липучка, находясь под водой. Может удержать нагрузку до 2 кг. Параметры адгезии нового материала, работающего не в воде, а «на воздухе» значительно выигрывают у традиционных адгезивов, включая двухсторонний скотч и обычную застежку-липучку.

Молекулярная липучка может удерживать достаточно большую нагрузку, работая под водой. (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2013, DOI: 10.1002/anie.201209382)

Поверхности можно разъединить либо за счет приложения механического воздействия, либо с помощью обработки гипохлоритом натрия, однако, после повторения нескольких циклов объединения-разъединения материал теряет свои адгезионные свойства, и Ким предполагает, что более эффективной альтернативой химическому окислителю может являться электрическое поле.

Филип Гейл (Philip Gale), специалист по супрамолекулярной химии из Университета Саутгемптона отмечает, что корейские химики выполнили очень элегантную работу, демонстрирующую каким образом супрамолекулярное взаимодействие ферроцена и кукурбитурила превращается в макроскопическую адгезию поверхностей, сохраняющуюся и в воде. Исследователь не сомневается, что новую супрамолекулярную липучку ждет большое будущее.

Источник: Angew. Chem., Int. Ed., 2013, DOI: 10.1002/anie.201209382

метки статьи: #нанотехнологии, #новые материалы, #супрамолекулярная химия, #химическая технология, #химия поверхности