Les polymères synthétiques sont omniprésents dans notre société : des vêtements en nylon et en polyester aux ustensiles de delicacies en téflon et à la colle époxy. Au niveau moléculaire, les molécules de ces polymères sont constituées de longues chaînes de blocs de development monomères, dont la complexité augmente la fonctionnalité de nombreux matériaux de ce variety.
En particulier, les copolymères, constitués de différents forms de monomères dans la même chaîne, permettent d’affiner les propriétés du matériau, a déclaré Peng Chen, professeur Peter JW Debye de chimie au Collège des Arts et des Sciences (A&S). La séquence des monomères joue un rôle essentiel dans les propriétés d’un matériau, mais jusqu’à présent, les scientifiques ne disposaient pas d’une méthode permettant de séquencer les copolymères synthétiques.
Chen et ses collègues ont développé CREATS (Coupled Reaction Strategy Towards Tremendous-resolution Imaging), qui leur permet d’imager les réactions de catalyse de polymérisation à une résolution monomère et, grâce à la signalisation fluorescente, de différencier les monomères les uns des autres. Ces deux étapes constituent des étapes importantes dans la découverte de la composition moléculaire d’un polymère synthétique.
Ils décrivent la approach et les premières découvertes qu’ils ont faites dans « Optical Sequencing of Single Synthetic Polymers », publié le 9 novembre dans Character Chemistry.
Les co-auteurs principaux sont Rong Ye, Xiangcheng Solar et Xianwen Mao, tous anciens chercheurs postdoctoraux du groupe Chen. Les co-auteurs sont Susil Baral et Chunming Liu, anciens chercheurs postdoctoraux du groupe Chen, Felix Alfonso, actuel chercheur postdoctoral, et Geoffrey Coates, professeur de chimie et de biologie chimique (A&S) à l’Université Tisch.
« Les polymères synthétiques sont constitués d’unités monomères liées entre elles comme un collier de perles », a expliqué Chen. Dans les polymères les furthermore simples, les monomères sont identiques, mais des propriétés moreover complexes apparaissent lorsque les polymères contiennent des monomères de différentes sortes, appelés copolymères. La disposition précise des monomères dans un copolymère joue un rôle critical dans ses propriétés, telles que la rigidité ou la flexibilité.
La séquence joue également un rôle dans les propriétés des polymères naturels, a déclaré Chen. Une protéine, par exemple, est constituée de 20 monomères d’acides aminés disposés dans une séquence très spécifique.
« Dans un polymère naturel, la nature a le contrôle », a déclaré Chen. « Dans les polymères synthétiques, les humains prennent les inclinations nécessaires, et les chimistes n’ont généralement pas ce contrôle précis. »
Le séquençage des copolymères est si difficile en grande partie à result in de l’hétérogénéité des polymères synthétiques, a déclaré Chen. Les chaînes individuelles diffèrent en longueur, en composition et en séquence, ce qui nécessite des méthodes de séquençage de polymère unique capables de résoudre et d’identifier les monomères individuels.
Certaines méthodes modernes permettent aux scientifiques de contrôler la disposition des monomères dans une chaîne, a déclaré Chen, mais uniquement pour les polymères très courts – 10 à 20 monomères de very long.
Grâce à CREATS, les chercheurs peuvent déterminer la séquence d’un polymère au fur et à mesure de sa fabrication, un monomère à la fois, en imaginant et en identifiant chaque monomère au fur et à mesure de son ajout au polymère. Pour rendre visibles les monomères, CREATS pair la réaction de polymérisation avec une autre réaction produisant des signaux fluorescents.
« Chaque monomère entrant émet une bouffée de lumière », a déclaré Chen. « La lumière est induite par un laser et la bouffée de lumière a une couleur. Dans notre cas, elle est soit verte, soit jaune. En voyant si elle est jaune ou verte, nous voyons quel monomère entre. »
Le laboratoire est déjà équipé pour mesurer les propriétés des polymères synthétiques. Maintenant qu’ils peuvent déterminer la séquence d’un polymère individuel, la prochaine étape consiste à combiner les deux expériences pour corréler la construction et la fonction, fournissant ainsi des principes directeurs pour la conception du polymère afin d’atteindre certaines propriétés.
« Si vous savez comment la séquence contrôle la propriété, vous pouvez vraiment penser à concevoir la séquence que vous souhaitez pour obtenir une certaine propriété », a déclaré Chen. « Cette connaissance peut vraisemblablement aider les gens à adapter leurs matériaux à une application souhaitée. »
La recherche a été financée par le programme de chimie des polymères du Army Research Office environment, une direction du laboratoire de recherche de l’armée du Commandement du développement des capacités de fight de l’armée américaine.
