以日本千葉大學全球傑出研究骨幹矢貝史樹教授爲中心組建的國際聯合研究團隊實施了一種全新的超分子聚合現象：把有一個氧原子的兩種不同的分子混合在一起，透過分子辨識可以形成層疊。研究團隊還成功製作了前所未有的熱反應性聚合物材料，在一定溫度範圍内結構會突然崩塌。
此次的研究成果有望成爲對刺激能高速響應，並可改變狀態的軟木料的設計指南。
■研究成果
研究團隊此次成功開發了只需混合兩種分子結構略有不同的單體，就能利用以分子辨識形成的單元來驅動的超分子聚合法。
此次，研究人員基於以下假說實施了實驗，即透過混合兩種萘分子（圖1紅色和綠色的分子），利用分子因萘位點的電子密度差異而產生的相互吸引的力，來控制超分子高階結構的曲率。
首先研究人員在有機溶劑中混合兩種分子後，使結構體乾燥並利用原子力顯微鏡（AFM）進行觀察，最初觀察到的是沒有明確結構的非晶結構狀態（圖1A）。
然後，將這種非晶結構溶液置於室溫下，觀察發現在幾天内逐漸形成了螺旋結構（圖1B）。另外，還透過日本高能加速器研究機構物質結構科學研究所光量子工廠BL-10C的小角X射線散射測量應答了這種螺旋結構。
圖1：此次的研究成果概略圖
非晶結構和螺旋結構的形成模式圖及其原子力顯微鏡（AFM）影像
接下來，爲查清非晶結構形成螺旋結構的機制，研究團隊測量了各種光譜。由此發現，非晶結構由紅色和綠色分子隨機聚集形成的各種風車狀單元構成，而螺旋結構是由紅色和綠色分子交互排列的一體型風車狀單元構成的。研究團隊認爲形成這種一體型單元的重要機制是，透過層疊，可以使富電子的紅色分子與缺電子的綠色分子之間的電子相輔作用最大化，因此能量結構變得穩定。
研究團隊發現，在這種電子間的相輔作用下，風車狀單元聚合的力也會強化，因此一體型單元並沒有停留在環狀結構上，而是自發成長爲螺旋結構。另外，爲調查螺旋結構的分解機制，研究團隊加熱了螺旋結構的溶液，結果發現在45℃至50℃的非常小的溫度範圍内，螺旋結構會突然崩塌，變回非晶結構。
論文資訊
題目：Supramolecular copolymerization driven by integrative self-sorting of hydrogen-bonded rosettes
期刊：《Nature Communications》
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-020-15422-6
文：JST客觀日本編輯部
