Новости химической науки > Химики создали адаптируемый металлокаркасный гель

Химики из Массачусетского технологического института создали материал, объединяющий гибкость полимерного геля и жесткую структуру, обеспечиваемую металлосодержащими кластерами. По словам ученых, новый гель может быть хорошо адаптирован для применения в различных областях, включая высвобождение лекарственных препаратов, поглощение газов или фильтрование воды.

Новые гели, получившие название polyMOC, представляют собой гибрид двух материалов – металлогелей и металлоорганических клеток. Металлогели, основу которых составляют атомы металла, связанные с полимерными цепями, похожи на обычные полимеры своей мягкостью и вязкоэластичностью. Металлоорганические клетки [Metal organic cages (MOCs)], напротив, отличаются жесткой структурой и чаще формируют кристаллическое состояние.

Рисунок из Nature Chemistry, 2015; DOI: 10.1038/nchem.2390

Как отмечает автор работы, Иеремия Джонсон (Jeremiah Johnson), исследователи пытались получить класс материалов, который бы имел общие черты и с металлогелями, и с металлоорганическими клетками, характеризующийся одновременно регулярной самоорганизованной структурой и вязкоэластичными свойствами.

Для получения таких гелей Джонсон с коллегами использовали методику, которую можно обозначить, как металло-супрамолекулярную самосборку. Эта стратегия позволяет исследователям получать трехмерные формы, такие как сферы, «колеса со ступицами» или пирамиды, смешивая полимеры, содержащие в боковых цепях способные к координации с металлами лиганды.

В конкретном случае исследователи использовали лиганд, содержащие две пиридиновые группы, каждая из которых могла связываться с палладием. В результате такого взаимодействия образуется жесткая клеткообразная структура, содержащая 12 атомов палладия и 24 лиганда. Такие клетки были связаны с другими подобными каркасами с помощью гибких полимерных линкеров, в результате чего появлялась возможность получения большого самоорганизующегося геля.

С каждой металлоорганической клеткой единовременно связано до 24 полимерных цепей, но в образовании связей с другими металлоорганическими каркасами участвовало только 4-5 цепей. Остальные полимерные фрагменты обвивали «свои собственные» клетки. Обычно такие лишние полимерные цепи рассматривают в качестве дефектов структуры, однако исследователи увидели в этих «лишних» нитях возможность изменить свойства материала, заменяя некоторые лиганды в них на функциональные фрагменты. Такой подход позволяет получать материалы разного состава, но с близкими (или даже одинаковыми) механическими свойствами.

В рамках проведенного исследования в некоторых полимерных петлях пиридиновые лиганды были замещены на обладающие флуоресцентными свойствами пиреновые фрагменты. Как отмечают исследователи, механические свойства материала после такой замены аналогичны свойствам материала, содержащего только пиридиновые фрагменты, однако пирены обуславливают возможность флуоресценции металлогеля, которая, к слову, проявляется очень интенсивно.

Джонсон заявляет, что методика довольно генерализована, поэтому ее можно применить для введения и многих других функциональных групп, придающих металлогелям новые практически полезные свойства. Такие гели могут быть использованы, например, для направленной доставки лекарственных препаратов, запасания газов, в том числе и водорода, который вырабатывает энергию в топливных элементах питания. Введение в металлогель лигандов, связывающих тяжелые металлы, позволит применять новые материалы для очистки воды.

Источник: Nature Chemistry, 2015; DOI: 10.1038/nchem.2390

метки статьи: #новые материалы, #химия полимеров, #элементоорганическая химия