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  麻省理工的科學(xué)家制造了一種新材料，該材料將聚合物凝膠的彈性和金屬基材料的剛性結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。這種新型凝膠可以應(yīng)用在諸如藥物釋放、氣體儲(chǔ)存、水過(guò)濾等方面。

  這種稱(chēng)為”polyMOCs”的新凝膠，它是金屬凝膠和金屬有機(jī)籠的混合物。金屬凝膠的聚合物鏈上含有金屬，其性能和普通聚合物凝膠類(lèi)似，都質(zhì)地柔軟，充滿(mǎn)彈性。金屬有機(jī)籠擁有剛性結(jié)構(gòu)，并且傾向于形成晶體材料。

  “試想一種材料兼具上述兩者(金屬凝膠和金屬有機(jī)籠)的優(yōu)異性能，從而也就擁有了金屬有機(jī)籠規(guī)整的自組裝結(jié)構(gòu)，以及聚合物凝膠良好的彈性。這就是我們一直想得到的材料。” Jeremiah Johnson這樣說(shuō)道。

自組裝性能

  Johnson 和他的同事們利用超分子組裝技術(shù)來(lái)獲得這種凝膠。這種方法通過(guò)將附著到分子上的配體聚合物混合的方式來(lái)獲得不同的三維形狀，例如圓球、明輪以及金字塔等形狀。

  在實(shí)驗(yàn)中，每組配體聚合物包含兩個(gè)吡啶組，每一個(gè)都可以和金屬鈀相結(jié)合。而每個(gè)金屬鈀的原子可以和四個(gè)配體分子結(jié)合，從而產(chǎn)生一個(gè)12鈀中心和24配體的籠狀結(jié)構(gòu)。鈀中心還通過(guò)粘彈性鍵合其它金屬籠結(jié)合在一起，形成一個(gè)巨大的自組裝凝膠。

  每個(gè)金屬籠可以和多達(dá)24個(gè)聚合物鏈連接，其中只有四個(gè)或五個(gè)連接到其它金屬籠。剩余未連接的聚合物鏈回環(huán)并連接到自己的金屬籠。這種回環(huán)通常被認(rèn)為是一種缺陷，但是麻省理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)卻利用這種缺陷在特定的配體添加新的功能分子，設(shè)計(jì)出新型材料。

  “我們可以取代并交換不連接到其它籠子的配體，同時(shí)保持聚合物鏈的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不變。”Johnson說(shuō)道，“這就可以獲得結(jié)構(gòu)完全不同的材料，但其性能不會(huì)發(fā)生改變。”

  在這項(xiàng)研究中，研究人員將一種稱(chēng)為芘的熒光分子引入到環(huán)狀配體中。Johnson表示：“當(dāng)我們?cè)谧贤饩�下觀察這種材料時(shí)，它具有熒光效應(yīng)，但物理上看，材料中沒(méi)有芘配體。材料的模量和膨脹行為沒(méi)有發(fā)生變化，但是這種新凝膠具有很強(qiáng)的熒光性能�！�

多種可能用途

  Johnson表示，這種技術(shù)還可以講其它不同功能的分子引入其中。藥物分子可以存儲(chǔ)在金屬籠子中實(shí)現(xiàn)藥物輸運(yùn)。這種凝膠還可以用于燃料汽車(chē)電池的儲(chǔ)氫。通過(guò)增加配體捕獲和隔離重金屬，這種材料也可用于水凈化。

  “你可以想象把各種功能的材料加入到多余的配體中，就可以使材料適應(yīng)不同的使用要求。”Johnson說(shuō)，“目前我們正在研究不僅在籠子外面引入材料，還可以在籠子內(nèi)部引入材料，這樣我們就可以從內(nèi)部控制分子的吸收和釋放�！�

  研究人員同時(shí)也在開(kāi)發(fā)類(lèi)似的不同形狀的凝膠。并通過(guò)使用比鈀更廉價(jià)更無(wú)毒的金屬材料，如鈦、鐵和鋅等金屬來(lái)設(shè)計(jì)材料。

  該研究成果已經(jīng)發(fā)表在 Nature Chemistry 上。