Shanghai Tower inspireert eerste spiraalvormig, vervormbaar polymeer

Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen hebben een polymeer ontworpen dat bij lage temperatuur de vorm van een springveer heeft, maar zich bij verwarming ontvouwt. Bovendien kan het polymeer onder bepaalde omstandigheden in de moleculaire bouwstenen uiteenvallen. Vijf jaar geleden vormde de spiraalvormige Shanghai Tower de inspiratiebron voor de ontwikkeling van dit polymeer, waarvan de beschrijving onlangs is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Chemistry.

Onder biologische moleculen zijn spiraalvormige structuren niet ongewoon. Bekende voorbeelden zijn de dubbele helix van DNA; een ander voorbeeld vormen alfa-helix domeinen in eiwitten. Er zijn al verschillende kunstmatige spiraalvormige moleculen gemaakt, waarvan sommige ook van vorm kunnen veranderen. Andere synthetische polymeren kunnen uiteen vallen in hun bouwstenen, de monomeren. Maar tot nu toe waren er geen polymeren die van vorm kunnen veranderen én weer teruggebracht kunnen worden tot hun chemische bouwstenen.

Afgebroken in levende weefsels

Nu hebben RUG-postdoc Qi Zhang en collega’s zo’n molecuul ontworpen en gebouwd, van aminozuren en disulfiden. Bij een lage temperatuur ziet het eruit als een springveer, door opwarming ontspant het. ‘Dit spiraalvormige polymeer zou gebruikt kunnen worden in biomaterialen’, legt Zhang uit. ‘Het is bijvoorbeeld goed te gebruiken in combinaties met celmembranen en eiwitten.’

Onder bepaalde omstandigheden kan het molecuul uiteenvallen in losse bouwstenen, net zoals eiwitten uiteen kunnen vallen in aminozuren. De bouwstenen van dit molecuul worden afgebroken in levende weefsels, iets wat niet gebeurt met de bouwstenen van synthetische plastics. Maar toepassingen in het lichaam zijn nog ver weg, want op dit moment werkt het polymeer alleen in een organisch oplosmiddel. Zhang: ‘We moeten nog veel uitzoeken.’

Het RUG-team dat dit molecuul maakte staat onder leiding van Ben Feringa, een van de winnaars van de Nobelprijs voor Chemie in 2016. Zhang weet nog hoe het oorspronkelijke ontwerp voor het nieuwe molecuul door Feringa werd geschetst op een servetje in de Shanghai Tower. Deze toren was de aanleiding voor een discussie over spiraalvormige moleculen. Het duur de vijf jaar om van die schets te komen tot een echt molecuul, waar zes onderzoeksinstituten in drie landen voor moesten samenwerken. ‘We hebben allemaal genoten van de uitwisseling van kennis en ervaring in dit project.’

Referentie: Qi Zhang et al, Dual dynamic helical poly(disulfide)s with conformational adaptivity and configurational recyclability.