Sampolymererna som bildas med denna teknik kan tjäna som byggstenar för att göra makromolekylära metallkomplex med ett brett spektrum av tillämpningar. Kredit:Tokyo University of Science
Från plast till kläder till DNA, polymerer finns överallt. Polymerer är mycket mångsidiga material som är gjorda av långa kedjor av upprepade enheter som kallas monomerer. Polymerer som innehåller metallkomplex på sina sidokedjor har enorm potential som hybridmaterial inom en mängd olika områden. Denna potential ökar endast med införandet av flera metallarter i polymererna. Men konventionella metoder för att tillverka polymerer med metallkomplex är inte lämpliga för konstruktion av multimetalliska polymerer, eftersom kontroll av sammansättningen av metallarter i den resulterande polymeren är komplex.
Nyligen har en forskargrupp, ledd av biträdande professor Shigehito Osawa och professor Hidenori Otsuka från Tokyo University of Science, föreslagit en ny metod för polymerisation som kan övervinna denna begränsning. Dr Osawa förklarar, "Den vanliga metoden för att framställa sådana komplex är att designa en polymer med ligander (molekylära "ryggrader" som förenar andra kemiska arter) och sedan lägga till metallarterna för att bilda komplex på den. Men varje metall har olika bindningsaffinitet till liganden, vilket gör det komplicerat att kontrollera den resulterande strukturen. Genom att överväga polymeriserbara monomerer med komplex av olika metallarter kan vi effektivt kontrollera sammansättningen av den resulterande sampolymeren."
Studien gjordes tillgänglig online den 1 april 2022 och publicerades i volym 58, nummer 34 av Chemical Communications den 30 april 2022.
När monomererna som utgör en polymer är polymerer i sig, kallas polymeren en sampolymer. För sin studie designade forskarna en dipikolylaminakrylat (DPAC) monomer. DPA valdes eftersom det är en utmärkt metallligand och har använts i olika biokemiska tillämpningar. De polymeriserade sedan DPAAc med zink (Zn) och platina (Pt) för att bilda två polymerkedjor med metallkomplex - DPAZn(II)Ac och DPAPt(II)Ac. De sampolymeriserade sedan de två monomererna. De fann att de inte bara framgångsrikt kunde skapa en sampolymer, utan att de också kunde kontrollera dess metallsammansättning genom att variera monomerernas matningssammansättning.
Sedan använde de denna sampolymer som en byggsten för att tillverka nanopartiklar med plasmid deoxiribonukleinsyra (DNA) som mall. Plasmid-DNA valdes som mall eftersom de två ingående monomererna är kända för att binda till den. Bildandet av de resulterande nanopartikelpolymerkomplexen med DNA (polyplexer) bekräftades med hjälp av högupplöst scanning tunnelelektronmikroskopi och energidispersiv röntgenspektroskopi.
Denna teknik - nu en patentsökt teknologi - kan utökas till en ny metod för att tillverka intermetalliska nanomaterial. "Intermetalliska katalytiska nanomaterial är kända för att ha betydande fördelar jämfört med nanomaterial som bara innehåller en enda metallart", säger Dr. Osawa.
Polyplexen som bildas i studien är DNA-bindande molekyler, vilket tyder på att de skulle kunna användas för att utveckla läkemedel mot cancer och genbärare. Den föreslagna tillverkningsmetoden kommer också att leda till framsteg inom katalys som går bort från ädelmetaller som platina. "Dessa multimetalliska sampolymerer kan fungera som byggstenar för framtida makromolekylära metallkomplex av många varianter", avslutar Dr Osawa. + Utforska vidare
