Des chercheurs japonais ont réussi à créer un nouveau type de polymère supramoléculaire hélicoïdal. Le processus et le mécanisme de la génération de sa structure ont été observés en utilisant la microscopie à force atomique (AFM); la structure hélicoïdale s'est développée spontanément après le mélange de deux monomères différents. Les conclusions de l'étude, qui a été publié dans Communication Nature le 1er avril, 2020 peut conduire à la conception de matériaux souples originaux.

Dans les années récentes, les chercheurs se sont penchés sur les polymères supramoléculaires formés par des liaisons non covalentes dans le but de développer des matériaux souples intelligents. Shiki Yagaï, un professeur de l'Université de Chiba dit, "Les polymères supramoléculaires ont diverses fonctions. Ils ont une capacité d'auto-réparation et sont facilement dégradés, Ainsi, grâce à une conception précise de leurs structures moléculaires, nous serons en mesure de créer des matériaux ayant une plus grande réactivité environnementale. »

Pendant de nombreuses années, Le professeur Yagai et son équipe de recherche travaillent à la conception de polymères supramoléculaires dotés de caractéristiques uniques. De bons exemples de ces nouveaux polymères sont les polymères supramoléculaires auto-pliables et les fibres chimères qui combinent des hélices et des chaînes linéaires.

Dans cette recherche, l'équipe a réussi à créer un polymère supramoléculaire dont la structure hélicoïdale s'étend spontanément. L'extension commence en mélangeant seulement deux molécules différentes dans un atome d'oxygène. En observant son processus de dégradation, ils ont découvert que le nouveau polymère supramoléculaire a la propriété unique de changer sa structure chimique en réponse à la température.

Quand ils ont mélangé deux molécules de naphtalène, des complexes supramoléculaires à liaison hydrogène à six chaînons (rosettes) constitués de sous-unités monomères ont formé un coagrégat amorphe (Fig. 1-A). Cependant, lorsqu'il est laissé à température ambiante, des sous-unités de rosette intégrées dans lesquelles deux molécules sont disposées en alternance formées progressivement dans le mélange, et cela s'est spontanément développé en une belle structure hélicoïdale (Fig.1-B). L'équipe a réussi à contrôler la copolymérisation en utilisant l'interaction électrostatique entre les deux molécules, et observé la formation de l'hélicoïde en utilisant l'AFM. Des mesures spectrales ont révélé que ce changement structurel d'ordre supérieur était dû à la composition des unités de rosette qui composent le polymère. Les homopolymères constitués uniquement de molécules riches en électrons (molécules rouges sur la figure 1) sont énergétiquement stabilisés en formant une structure annulaire stable, et les rosettes intégrées sont encore stabilisées par coagrégation. Les liaisons entre les rosettes sont renforcées par une stabilisation énergétique et elles se développent en une structure hélicoïdale plutôt que de s'arrêter aux anneaux.

En outre, une réponse thermique unique dans laquelle les copolymères supramoléculaires hélicoïdaux s'effondraient rapidement entre 45 ºC et 50 ºC a été découverte. Ce phénomène est totalement différent du comportement de décomposition thermique des polymères supramoléculaires généraux, qui se désintègrent progressivement du site terminal ou défectueux.

"En utilisant ce changement structurel d'auto-tri, il devrait être possible de créer de nouveaux matériaux souples qui répondent rapidement à divers environnements, " dit le Pr Yagai.