Roues moléculaires multicycliques à potentiel polymère

Les Rotaxanes sont des structures moléculaires imbriquées avec une molécule « axe » linéaire pénétrant une ou plusieurs molécules « roue » cycliques. Des groupes volumineux en bout d'essieu empêchent les roues de se détacher. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université d'Hokkaido ont poussé encore plus loin les réalisations précédentes de cette technologie, en créant des macro-rotaxanes dotés de roues multicycliques verrouillées avec plusieurs essieux de poids moléculaire élevé.Ils rapportent leur innovationdans la revue Applied Chemistry International Edition.

Les Rotaxanes, initialement considérés comme des curiosités chimiques intrigantes, sont désormais explorés pour un large éventail d'applications potentielles, allant des polymères de nouvelle génération aux possibilités ambitieuses en informatique moléculaire, technologies de capteurs et administration de médicaments.

Les chercheurs de l'Université de Hokkaido, avec des collaborateurs ailleurs au Japon, concentrent leur attention sur la fabrication de nouveaux polymères en réseau, dans lesquels des structures cycliques plus complexes que de simples cercles maintiennent ensemble différents brins de longues chaînes polymères.

"Nous pensons que les structures multicycliques de ces macro-rotaxanes pourraient être utiles en tant qu'additifs non lixiviés, retenus en permanence dans un réseau polymère par la manière dont ils retiennent plusieurs chaînes polymères voisines", explique le professeur Toshifumi Satoh, chimiste des polymères, de l'équipe d'Hokkaido.

Les roues 3D agissent comme une forme unique et très flexible de réticulations moléculaires, permettant aux roues et aux brins de polymère entrelacés une bien plus grande liberté de mouvement que dans les réseaux classiquement réticulés. Les variations structurelles devraient permettre un contrôle précis des propriétés des matériaux souples afin de les rendre adaptés à une variété d'applications industrielles et médicales.

D'autres groupes de recherche ont obtenu des succès similaires avec des arrangements moléculaires plus petits, mais les progrès réalisés à l'Université d'Hokkaido déplacent le domaine vers le domaine des molécules plus grosses.

Les chercheurs ont exploré certaines des possibilités de ce nouveau développement important dans la chimie des polymères en utilisant des produits chimiques appelés polydiméthylsiloxanes (PDMS) pour fabriquer les anneaux multicycliques. Ils ont pu construire différents nombres d'unités cycliques avec des anneaux de différentes tailles. Lorsqu'elles sont combinées avec des chaînes de polymères de silicone avec des agents de réticulation courts, les unités multicycliques ont été efficacement incorporées dans un réseau étendu, mixte et imbriqué nouvellement formé.

"Nous avons exploré une partie du potentiel de fabrication de matériaux souples modifiés en mesurant les performances d'amortissement des réseaux, qui correspondent essentiellement à la capacité d'un matériau à absorber et à réduire les vibrations", explique Satoh. "Cela a révélé que nos macro-rotaxanes ont obtenu des améliorations significatives en termes d'efficacité d'amortissement par rapport aux réseaux polymères conventionnels."

Satoh et ses collègues prévoient désormais d'explorer d'autres possibilités qui peuvent être construites sur les bases de validation de principe posées par leurs progrès actuels.

- Ce communiqué de presse a été initialement publié sur le site Internet de l'Université d'Hokkaido