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Moléculas que agem como rodas conectadas podem manter longas cadeias moleculares juntas para modificar as propriedades de polímeros macios.
Os rotaxanos são estruturas moleculares interligadas com uma molécula de ‘eixo’ linear que penetra uma ou mais moléculas de ‘roda’ cíclicas. Grupos volumosos no final do eixo evitam que as rodas se soltem. Agora, os pesquisadores da Universidade de Hokkaido levaram as conquistas anteriores dessa tecnologia um passo adiante, fazendo macro-rotaxanos que possuem rodas multicíclicas interligadas com vários eixos de alto peso molecular. Eles relatam sua inovação na revista Angewandte Chemie Edição Internacional.
Rotaxanos, inicialmente considerados curiosidades químicas intrigantes, agora estão sendo explorados para uma ampla gama de aplicações potenciais, variando de polímeros de próxima geração a possibilidades ambiciosas em computação molecular, tecnologias de sensores e administração de medicamentos.
Os pesquisadores da Universidade de Hokkaido, com colaboradores em outras partes do Japão, estão concentrando sua atenção na criação de novos polímeros de rede, nos quais estruturas de anel mais complexas do que círculos simples mantêm juntas diferentes cadeias de longas cadeias de polímeros.
“Achamos que as estruturas multicíclicas desses macro-rotaxanos podem ser úteis como aditivos sem lixiviação, permanentemente retidos em uma rede de polímeros pela maneira como se prendem a várias cadeias de polímeros vizinhos”, diz o químico de polímeros Professor Toshifumi Satoh, da equipe de Hokkaido.
As rodas 3D atuam como uma forma única e altamente flexível de ligações cruzadas moleculares, permitindo que as rodas e os fios de polímero interligados tenham muito mais liberdade de movimento do que nas redes convencionais de ligações cruzadas. As variações estruturais devem permitir um controle fino sobre as propriedades dos materiais macios para torná-los adequados para uma variedade de aplicações industriais e médicas.
Outros grupos de pesquisa alcançaram algum sucesso semelhante com arranjos moleculares menores, mas os avanços da Universidade de Hokkaido movem o campo para o reino de moléculas maiores.
Os pesquisadores exploraram algumas das possibilidades desse novo desenvolvimento significativo na química de polímeros usando produtos químicos chamados polidimetilsiloxanos (PDMSs) para fazer os anéis multicíclicos. Eles foram capazes de construir diferentes números de unidades cíclicas com anéis de tamanhos diferentes. Quando combinadas com cadeias poliméricas de silicone com agentes reticulantes curtos, as unidades multicíclicas tornaram-se eficientemente incorporadas em uma rede estendida, mista e interligada recém-formada.
“Exploramos parte do potencial para fabricar materiais macios modificados medindo o desempenho de amortecimento das redes, que é essencialmente a capacidade de um material de absorver e reduzir vibrações”, diz Satoh. “Isso revelou que nossos macro-rotaxanos alcançaram melhorias significativas na eficiência de amortecimento em relação às redes de polímeros convencionais.”
Satoh e seus colegas agora planejam explorar outras possibilidades que podem ser construídas sobre as fundações de prova de conceito estabelecidas por seu progresso atual.
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