완전하게 분리된 초분자 나선

[아름이]

완전하게 분리된 초분자 나선
날짜:
2022년 11월 15일
원천:
기초과학연구소
요약:
과학자들은 가청 소리를 사용하여 용액에서 산화 환원 반응 키랄 초분자 폴리머의 시공간적 분리를 달성합니다.

1848년 루이 파스퇴르(Louis Pasteur)는 서로 거울상인 두 종류의 타르타르산 이중 나트륨-암모늄염 결정을 분리하는 데 성공했습니다. 그 당시에는 현미경으로 결정을 관찰하고 간단한 핀셋을 사용하는 힘든 과정을 통해 수동으로 수행되었습니다. 이 획기적인 발견에 이어 입체화학 분야는 큰 발전을 이루었습니다.

오늘날, 기술의 발전으로 화학자들은 분자 수준 조작, 자극 반응성 키랄성 전환 등을 통해 키랄 초분자 폴리머의 헬리시티에 대한 프로그래밍 가능한 제어를 탐색할 수 있습니다. 동적 구조를 가진 부드러운 재료와 그 크기 범위는 나노미터 규모에서 수 미크론에 이릅니다. 더욱이, 키랄 초분자 고분자는 제어되지 않은 확산으로 인해 용액에 균일하게 존재하지 않습니다. 그들의 분포는 특히 다성분 자가 조립에서 초분자 종의 혼합물을 다룰 때 훨씬 더 무작위적이고 복잡할 수 있습니다. 따라서 이러한 키랄 초분자 폴리머의 수동 분리는 달성하기 어렵고 실질적으로 불가능합니다.

이제 한국 포항 기초과학연구원 내 자기조립 및 복합성 연구단의 김기문 소장이 이끄는 팀이 가청 소리를 활용하여 키랄성이 다른 초분자 고분자를 시공간적으로 분리할 수 있음을 성공적으로 시연했습니다. 동일한 솔루션 내의 별도 도메인 내에서.

이 연구의 첫 번째 저자인 Shovan Kumar SEN 박사는 이러한 발전에 매우 흥분하고 있습니다. 그는 "산화 환원 반응 키랄 스위치는 문헌에서 잘 연구되어 있지만 모든 시스템이 가청 소리가 있을 때 예상대로 작동하는 것은 아닙니다. 우리의 아이디어를 입증하기 위해 가장 적절한 시스템을 설계하는 것은 우리의 이전 작업에서 시작되었습니다. Nature Chemistry (2020년) 에서 이 연구의 가장 중요한 분기점 중 하나였습니다."

이러한 결과를 달성하기 위해 연구원들은 산화 및 환원 상태에서 반대 키랄성의 초분자 폴리머를 형성하는 평형을 벗어난 산화 환원 반응 초분자 시스템을 활용했습니다. 또한, 가청음(40Hz)을 활용하여 연구원들은 시공간적 패턴 형성을 통해 반대 나선형의 초분자 고분자를 분리할 수 있었습니다.

가청 소리는 페트리 접시에 놓인 벌크 용액 내에서 표면 진동과 대류 전류를 유도합니다. 그 결과 표면파의 결절반대(최대 진동) 영역에 위치한 동심원 링 모양 도메인에서 대기 산소가 더 빠르게 용해되어 이 영역에 산화된 폴리머 가닥이 축적됩니다. 앞서 언급한 고리는 표면파의 절점(최소 진동) 영역에 위치하고 키랄 초분자 폴리머의 반대 키랄 감소 형태를 포함하는 동심 도메인의 또 다른 세트에 의해 분리됩니다.

연구원들은 4차 아민 그룹(PDI)으로 기능화된 페릴렌 디이미드 분자를 기반으로 산화환원 반응성 아키랄 시스템을 설계했습니다. 그런 다음 그들은 정전기적 상호 작용을 사용하여 음으로 하전된(알칼리성 pH에서) 페닐알라닌 유래 겔화제(LPF)와 함께 PDI의 공동 조립을 조사했습니다. 공동 조립된 PDI-LPF 집합체는 왼손잡이 나선형 초분자 집합체( M - helix)의 형성을 유도했습니다. 흥미롭게도 PDI-LPF co-assembly에 환원제로 SDT( sodium dithionite)를 첨가하면 PDI 2--LPF 집계. 정반대의 키랄 계층 구조(나선형 나노섬유)가 전자 현미경 연구에서 관찰되었으며, 이는 헬리시티 역전을 추가로 확인했습니다.

이 연구를 이끈 Rahul Dev MUKHOPADHYAY 박사는 이 사운드 기반 접근 방식에 더 많은 것이 준비되어 있다고 믿습니다. 그는 "지금으로서는 용액 내에서 두 개의 반대되는 키랄 초분자 폴리머의 일시적으로 제어된 분리를 달성할 수 있습니다. 반대의 나선형 동적 초분자 폴리머의 영구적인 분리를 달성하는 것은 매우 흥미롭고 도전적일 것입니다."라고 말했습니다.

연구팀은 또한 PDI와 ATP(adenosine triphosphate) 사이의 키랄 공동 조립을 조사했습니다. 흥미롭게도, 키랄 공-어셈블리는 환원시 분해되어 아키랄 PDI 2- 를 형성 하고 ATP를 다시 용액으로 방출합니다. PDI-ATP co-assembly의 환원된 용액이 특정 주파수(40Hz)에서 가청음이 존재하는 상태에서 대기 산소에 노출되었을 때, 용액은 점진적으로 키랄 PDI 2 에 해당하는 분리된 도메인으로 구성된 시공간 패턴으로 재구성되었습니다. - 응집체 및 키랄 PDI-ATP 응집체.

이번 연구의 전반적인 감독을 맡은 김기문 교수는 현재의 전략이 초분자 시스템을 제어하기 위한 시스템 화학 연구 분야의 연구원들에게 새로운 도구를 제공한다고 굳게 믿고 있다. 현재 이 접근 방식은 동일한 솔루션 내에서 두 가지 유형의 폴리머만 분리하는 데 도움이 됩니다. 앞으로 김 교수는 가청음으로 다중 집합체를 제어할 수 있는 기회가 있기를 희망한다. 그는 재빨리 "파스퇴르가 말한 것을 항상 기억하십시오. 기회는 준비된 마음을 선호합니다."라고 덧붙였습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/