Po co zamykać gości w klatkach? Chemicy mają sporo pomysłów
Przed naukowcami otwiera się cały świat możliwości, jeśli wiadomo, jak w kontrolowany sposób zamykać związki chemiczne w maleńkich klatkach, a potem te kapsuły otwierać – tłumaczy chemik dr Wojciech Drożdż.
Na łamach „Angewandte Chemie” zespół badaczy z Polski podsumowuje możliwości, jakie daje zamykanie związków chemicznych w organicznych i metaloorganicznych klatkach osadzonych na różnego rodzaju powierzchniach. To droga do budowy strukturyzowanych funkcjonalnych nanomateriałów.
Chemicy od jakiegoś czasu projektują już struktury chemiczne tak, by działały one jak klatki. W pewnych warunkach do klatek tych – „gospodarzy” – spontanicznie wchodzić mogą cząsteczki wybranego związku – „goście”. A potem, w najbardziej pożądanym momencie można np. poprzez zmianę warunków (np. obecność światła lub zmianę kwasowości) kapsuły otworzyć, uwalniając wyłapane wcześniej związki. Dzięki temu zaś można wykonać wiele zadań, które dotąd były nie do pomyślenia.
„Sama synteza związków nam nie wystarcza. Staramy się, żeby związki, które opracowujemy, miały szansę na realne zastosowania, by czemuś służyły” – komentuje w rozmowie z PAP dr Wojciech Drożdż z UAM, pierwszy autor publikacji.
Kopciuszek w świecie molekuł
I tak np. klatkowanie może służyć do segregacji i transportu związków chemicznych. Grupa prof. Artura Stefankiewicza z UAM – jednego z liderów publikacji z „Angewandte Chemie”, skonstruowała klatki do łapania fulerenów. Fuleren zbudowany jest z atomów węgla ułożonych w kształt poduchy do piłki nożnej. Do klatek opracowanych w Poznaniu wnikały fulereny C70, składające się z 70 atomów węgla i mniejsze fulereny C60. W mieszance tych dwóch typów fulerenów, to C70 chętniej dobierały się w pary z gospodarzami. A przykład ten pokazuje, że klatki mogą być sposobem, by rozdzielić drobiny o niewiele różniących się wielkościach, kształtach czy właściwościach.
Klatki mogą też służyć jako elementy czujników, które wykrywają wybrane związki chemiczne.
Chemiczny lont
Kolejnym zastosowaniem klatek jest użycie ich do stabilizacji materiałów łatwo reagujących. W klatkach będzie można więc zamknąć związek, który szybko czy gwałtownie by reagował z otoczeniem. W ten sposób można będzie kontrolować moment, kiedy rozpocznie się reakcja gościa z otoczeniem (reakcja zachodzić więc będzie z opóźnionym zapłonem).
Podobnie może być z izolowaniem katalizatorów, czyli związków, które umożliwiają zachodzenie reakcji między innymi związkami. Uwolnienie takich katalizatorów uruchomi (lub znacznie przyspieszy) pożądaną reakcję. Ale dopiero w określonym momencie.
Gdzie będą klatki?
No dobrze, ale jak będą wyglądać całe systemy klatek? Kuszącą wizją jest osadzanie tych nanokapsułek na różnych powierzchniach. W ten sposób powstać mogą inteligentne nanomateriały strukturyzowane.
„Dynamiczne klatki można osadzać na różnego typu powierzchniach i otrzymać w ten sposób materiały o właściwościach lepszych lub zupełnie odmiennych od materiałów, z których są zrobione” – opisuje dr Drożdż.
Klatki na nitkach
I tak np. klatki można przymocowywać do materiałów jednowymiarowych – polimerów, nanorurek czy nanowłókien, aby zmieniać właściwości, np. przewodzące tych materiałów. Można też użyć klatek, aby połączyć między sobą „nitki” polimerów – dzięki czemu powstawać mogą struktury przypominające żel. W momencie rozpadu klatki – zmieni się struktura materiału.
Klatki na siatkach
Nanoklatki można też przytwierdzać do materiałów 2D, a więc materiałów składających się z pojedynczej warstwy atomów. I tak na świecie udało się już przygotować m.in. nanostrukturyzowany grafen o interesujących właściwościach katalitycznych.
Klatki w dziurach
Pojawiają się też pomysły, jak umieszczać klatki wewnątrz struktur trójwymiarowych – ciał stałych – np. tak, by znajdowały się pomiędzy węzłami kryształów czy we wgłębieniach w materiale. Tak wytworzony materiał mógłby się przydać choćby w transporcie protonów czy elektronów.
Jakie są wyzwania
„Wyzwaniem, z którym mierzą się chemicy zajmujący się tym obszarem wiedzy, jest to, by nadawać otrzymanym układom klatek coraz lepsze właściwości (np. stabilność czy selektywność), powodując, że znajdą się one w kręgu zainteresowań przekraczającym środowisko akademickie. Chcemy też szukać rozwiązań, które obniżą koszty syntezy i uczynią ja bardziej przyjazną środowisku” – mówi dr Drożdż.
„Ta dziedzina ma duży potencjał w tworzeniu nowych materiałów, które – jak mamy nadzieję – usprawnią wiele procesów, z którymi mamy do czynienia na co dzień, lub dadzą nam zupełnie nowe, nieznane dotąd możliwości” – podsumowuje naukowiec.
Przeczytaj także: Substancja opracowana przez krakowskich naukowców wejdzie w skład kosmetyków
Źródło: naukawpolsce.pap.pl
Last Updated on 15 września, 2023 by Krzysztof Kotlarski