以日本千叶大学全球杰出研究骨干矢贝史树教授为中心组建的国际联合研究团队实现了一种全新的超分子聚合现象：把有一个氧原子的两种不同的分子混合在一起，通过分子识别可以形成层叠。研究团队还成功制作了前所未有的热反应性聚合物材料，在一定温度范围内结构会突然崩塌。
此次的研究成果有望成为对刺激能高速响应，并可改变状态的软材料的设计指南。
■研究成果
研究团队此次成功开发了只需混合两种分子结构略有不同的单体，就能利用以分子识别形成的单元来驱动的超分子聚合法。
此次，研究人员基于以下假说实施了实验，即通过混合两种萘分子（图1红色和绿色的分子），利用分子因萘位点的电子密度差异而产生的相互吸引的力，来控制超分子高阶结构的曲率。
首先研究人员在有机溶剂中混合两种分子后，使结构体干燥并利用原子力显微镜（AFM）进行观察，最初观察到的是没有明确结构的非晶结构状态（图1A）。
然后，将这种非晶结构溶液置于室温下，观察发现在几天内逐渐形成了螺旋结构（图1B）。另外，还通过日本高能加速器研究机构物质结构科学研究所光子工厂BL-10C的小角X射线散射测量确认了这种螺旋结构。
图1：此次的研究成果概略图
非晶结构和螺旋结构的形成模式图及其原子力显微镜（AFM）图像
接下来，为查清非晶结构形成螺旋结构的机制，研究团队测量了各种光谱。由此发现，非晶结构由红色和绿色分子随机聚集形成的各种风车状单元构成，而螺旋结构是由红色和绿色分子交互排列的一体型风车状单元构成的。研究团队认为形成这种一体型单元的重要机制是，通过层叠，可以使富电子的红色分子与缺电子的绿色分子之间的电子相互作用最大化，因此能量结构变得稳定。
研究团队发现，在这种电子间的相互作用下，风车状单元聚合的力也会增强，因此一体型单元并没有停留在环状结构上，而是自发生长为螺旋结构。另外，为调查螺旋结构的分解机制，研究团队加热了螺旋结构的溶液，结果发现在45℃至50℃的非常小的温度范围内，螺旋结构会突然崩塌，变回非晶结构。
论文信息
题目：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客观日本编辑部
