Hideto Tsuji, professor vid Toyohashi University of Technology, och hans kollegor har gjort en världsförsta upptäckt av "molekylärt lim"-verkan av en moturs spiralformad molekyl för att limma samman två strukturellt olika medurs spiralformade molekyler. Denna upptäckt tillkännagavs den 24 mars i Vetenskapliga rapporter . Att binda två polymerer lindade i samma riktning var tidigare omöjligt. Följaktligen, graden av frihet i polymerkombinationer har ökat, och utveckling av nya polymermaterial med olika egenskaper har blivit möjlig.

Forskargruppen ledd av professor Hideto Tsuji bedriver grundläggande och tillämpad forskning om biologiskt nedbrytbara polymerer som härrör från förnybara resurser som majs- eller potatisstärkelse. Gruppen studerar huvudsakligen en typisk biologiskt nedbrytbar polymer poly(mjölksyra). Poly(mjölksyra) hydrolyseras och bryts ned i människokroppen och den resulterande mjölksyran metaboliseras utan att orsaka negativa effekter på kroppen. På grund av denna fördel, poly(mjölksyra) används i medicinska tillämpningar som ett ställningsmaterial för vävnadsregenerering och även i miljötillämpningar.

Poly(mjölksyra) innehåller ett asymmetriskt kol och förekommer därför antingen som L- eller D-enantiomeren, nämligen poly(L-mjölksyra) eller poly(D-mjölksyra) (Fig. 1). Eftersom interaktionen mellan olika enantiomerer (dvs mellan L och D) är starkare än den mellan samma enantiomerer (t.ex. mellan D och D), blandning av de två enantiomererna resulterar i samkristallisation av en L-enantiomer och en D-enantiomer (detta fenomen kallas också stereokomplexbildning). Stereokomplexet har en högre smältpunkt, bättre mekaniska egenskaper, och högre värmebeständighet och hydrolysbeständighet än de hos deras ingående enantiomerer, och därför kan stereokomplexet ha bredare tillämpningar än de för konventionella biologiskt nedbrytbara material. Under dessa omständigheter, stereokomplexbildning mellan poly(mjölksyra) har forskats aktivt under de senaste åren.

L-poly(mjölksyra) är moturs spiralformad, och D-poly(mjölksyra) är medurs-spiralformad. Därför, det faktum att L-poly(mjölksyra) och D-poly(mjölksyra) tillsammans bildar ett stereokomplex indikerar att en moturs spiralformad molekyl och en medurs spiralformad molekyl är starkt attraherade till varandra. Tsuji et al. har också upptäckt att blandning av L- och D-enantiomererna av poly(2-hydroxibutansyra) (fig. 1) (en poly(mjölksyra) med dess metylgrupp ersatt med en etylgrupp) också resulterar i stereokomplexbildning. Dessutom, det finns rapporter om samma fenomen som förekommer för poly(2-hydroxi-3-metylsmörsyra) (fig. 1) (en poly(mjölksyra) med dess metylgrupp ersatt med en isopropylgrupp) och förekommer även mellan poly(mjölksyra) ) med olika sidokedjor (t.ex. mellan L-poly(mjölksyra) och D-poly(2-hydroxibutansyra)). Alla dessa fenomen indikerar närvaron av en stark växelverkan mellan en moturs spiralformad molekyl och en medurs spiralformad molekyl.

Den här gången, Tsuji et al. har funnit verkan av en moturs spiralformad molekyl att limma två strukturellt olika medurs spiralformade molekyler som inte binder till varandra annars (Fig. 2). Detta fynd indikerar att en medurs spiralformad molekyl också skulle ha verkan att limma två strukturellt olika moturs spiralformade molekyler som inte binder till varandra annars. Genom experiment med D-poly(mjölksyra), L-poly(2-hydroxibutansyra), och D-poly(2-hydroxi-3-metylbutansyra), Tsuji et al. har upptäckt för första gången världen över att moturs spiralformad L-poly(2-hydroxibutansyra) fungerar som "spiralformad molekylär lim" för att limma medurs spiralformad D-poly(mjölksyra) och medurs spiralformad D-poly(2-hydroxi -3-metylbutansyra) och samkristalliserar därigenom dessa två D-molekyler trots att dessa två vanligtvis inte samkristalliserar. Detta fynd har öppnat dörren för att binda olika polymerer som lindas i samma riktning. Nu när graden av frihet i polymerkombinationer har ökat, utveckling av nya polymermaterial med olika egenskaper har blivit möjlig.