Новости химической науки > Cамоорганизующиеся сжимающиеся нанотрубки

Исследователи из Кореи получили нанотрубки с динамическим поведением, способные закрываться и открываться, реагируя на изменение температуры.

До настоящего времени все синтетически полученные наночастицы представляли собой структурно жесткие системы и не изменялись в зависимости от условий окружающей среды, что ограничивает их применение в молекулярных машинах. Тем не менее, вновь созданная система может изменить это обстоятельство.

Самоорганизующиеся нанотрубки природного происхождения измвестны уже многие десятилетия. Классическим примером таких нанотрубок является вирус табачной мозаики, в котором белки оболочки вируса образуют полую трубку, располагаясь вокруг РНК этого вируса. Взяв идею у вируса, исследователи решили попытаться получить синтетические самоорганизующиеся трубки, свойства которых как соответствуют свойствам белковой капсиды вируса, так и новые – с новыми свойствами и практически полезными характеристиками.

Химики использовали эти структурные блоки и получили нанотрубку, которая может сжиматься и расширяться при изменении температуры. (Рисунок из Science, 2012, 337, 1521)

Самая свежая попытка получить синтетические самоорганизующиеся нанотрубки, используя молекулы с длинной цепочкой из ароматических фрагментов, похожей по строению на бумеранг. Эта цепь обернута вокруг центрального пиридинового фрагмента, который также связан с разветвленной цепью из простоэфирных фрагментов. Ароматические группы образуют супрамолекулярную систему за счет гидрофобных и π-π-взаимодействий. Шесть таких молекул может образовать шестиугольник с перекрывающимися ароматическими фрагментами. При этом гидрофильная олигоэфирная цепь может образовывать внешнюю поверхность шестиугольника.

При высокой концентрации шестиугольники образуют стопку, формируя полую трубку, состоящую в среднем из пятисот слоев. Когда температура увеличивается, поднимаясь от комнатной до 60°C, межмолекулярные взаимодействия между молекулами воды, пиридином и эфирными группами разрушаются, что приводит к более эффективному перекрыванию бензольных колец и сжатию центральной полости трубки примерно на 50%.

Исследователям удалось продемонстрировать это явление, заполнив полости трубки фуллеренами C₆₀. Было обнаружено, что на каждые пять слоев шестиугольников при комнатной температуре в трубке можно разместить 24 молекулы фуллерена, а при нагреве из трубки выдавливается половина всех фуллеренов, а при понижении температуры до комнатной трубка снова расширялась, и для передвижения молекул C₆₀ появлялось больше места.

Мионгсу Ли (Myongsoo Lee) из Университета Сеула, возглавлявший исследование, предполагает, что сжимающиеся нанотрубки могут применяться для выстраивания в линию других нанообъектов. Например, такие наночатсицы как фуллерены могут потенциально использоваться в качестве молекулярных переносчиков или проводников электричества. Однако, такое применение наночастиц возможно только при условии их близкой упаковки в линию, чего и можно достичь с помощью сжимающихся нанотрубок, причем плотность упаковки может контролироваться с помощью температуры.

Источник: Science, 2012, 337, 1521 (DOI: 10.1126/science.1224741)

метки статьи: #нанотехнологии, #новые материалы, #супрамолекулярная химия