Novo estudo revela chave para sustentabilidade e ecologia

Os polímeros supramoleculares são uma nova classe de polímeros que estão atualmente sendo avaliados para aplicações em materiais. Esses compostos interessantes também desempenham um papel importante nas atividades celulares do corpo. “Supra”, como o nome sugere, é atribuído a algumas propriedades únicas que vão além das dos polímeros convencionais.

Ao contrário dos polímeros tradicionais, que são mantidos juntos por ligações covalentes fortes e irreversíveis, os polímeros supramoleculares são mantidos juntos por ligações de hidrogénio reversíveis e mais fracas. Eles podem ser montados e desmontados reversivelmente, são altamente versáteis e podem ser usados ​​para desenvolver terapias direcionadas de administração de medicamentos, sensores para detectar poluentes, marcadores de diagnóstico, dispositivos de armazenamento de energia, produtos de cuidados pessoais e materiais auto-reparáveis ​​e recicláveis. A sua excelente reciclabilidade torna-as excelentes moléculas candidatas para aplicações sustentáveis; no entanto, há um obstáculo: os pesquisadores ainda não entenderam como controlar o crescimento do polímero.

Contudo, houve avanços neste aspecto. Os pesquisadores agora são capazes de construir polímeros “improváveis”, desencadeando sua montagem com “sementes”, permitindo controlar o crescimento de seus polímeros. Existem dois mecanismos principais através dos quais ocorre esta automontagem induzida pela semente: nucleação primária ou alongamento, onde o polímero cresce a partir da sua extremidade, e nucleação secundária, onde novas moléculas se unem ao polímero aderindo à sua superfície. A distinção entre estes processos é importante porque permite aos investigadores controlar e manipular melhor o crescimento destes polímeros únicos. Infelizmente, na maioria dos casos de automontagem semeada, a nucleação primária e secundária pode ser difícil de distinguir.

Para resolver esse problema, um grupo de pesquisadores liderado pelo professor Shiki Yagai, da Universidade de Chiba, teve como objetivo comparar e estudar o impacto desses dois processos, ao mesmo tempo que delineava o papel da "polimerização supramolecular semeada" precisamente controlável. O objetivo deles era descobrir como diferentes formatos de sementes afetam a formação de novos polímeros supramoleculares; suas descobertas foram publicadas pela primeira vez em 10 de maio de 2023 e posteriormente apareceram no Volume 59, Edição 48 da Chemical Communications em 18 de junho de 2023. O Prof. Yagaite nos conta o que motivou a equipe a prosseguir este tópico de pesquisa: "Por causa da dificuldade em controlando a polimerização, os polímeros supramoleculares ainda não atingiram o ponto de aplicação prática, embora já tenham se passado três décadas desde o seu estabelecimento como conceito. Ele está convencido, no entanto, que devido à sua versatilidade, novas pesquisas nesta área provavelmente levarão a aplicações generalizadas desses polímeros auto-organizados em nossas vidas diárias.

Para seus experimentos, os pesquisadores usaram dois polímeros supramoleculares como “sementes”. Embora uma semente em forma de anel com extremidade fechada tenha sido usada em um estudo anterior, uma semente helicoidal com extremidade aberta foi recentemente preparada. Eles descobriram que quando a semente helicoidal aberta era usada, ela agia como um modelo para as moléculas-alvo se fixarem e crescerem por mais tempo. Por outro lado, quando a semente fechada em forma de anel foi usada, ela não se alongou, mas serviu como uma superfície onde novas moléculas poderiam se fixar e formar aglomerados, como uma plataforma para novas estruturas.

Esta pesquisa mostra que o tipo de semente utilizada na automontagem de polímeros supramoleculares influencia a forma como as moléculas se montam e o formato final das estruturas formadas. Isto abre possibilidades interessantes para diversas aplicações, desde materiais auto-reparáveis ​​e mais facilmente recicláveis ​​até sistemas mais avançados de distribuição de medicamentos, tecnologias de detecção e dispositivos de armazenamento de energia. Como afirma o professor Yagai: "Ao compreender esses processos de montagem, podemos projetar e desenvolver a próxima geração de polímeros mais precisos e ecologicamente corretos, com estruturas e propriedades personalizadas. A aplicação prática de polímeros supramoleculares nos permitirá produzir materiais plásticos com menor energia consumo e reduzir a energia necessária para a reciclagem."