从大自然中汲取灵感，研究人员正在根据需要制造具有更精确成分的聚合物。使用从生物学，生物化学和有机合成中提取的多步合成工具，一个小组报告说它正在开发具有精确控制的链长和单体序列的超高精度合成聚合物。由此产生的含有信息的大分子可用于数据存储，防伪和可追溯性技术。
研究人员将于今天在化学学会(ACS)2019年春季全国会议和博览会上展示他们的成果。
“基本上有两种类型的聚合物，”Jean-FrançoisLutz博士说。“一种是塑料，由人类制造。另一种是生物聚合物，它是一种更明确的分子。事实上，人类大多是用聚合物 - DNA和蛋白质构建的。”
常规的化学制造技术可以产生不规则长度和序列的聚合物。但是，卢茨指出，自然更精确。他解释说，人造和生物聚合物的结构质量存在巨大差异。“我们的工作目的是填补空白 - 用生物灵感制造合成聚合物。”
通常，序列控制的聚合物可以通过链增长或逐步增长聚合来构建。两种方法都可以实现不同长度的聚合物链。然而，当将不同的单体组合成聚合物时，它们的链 - 链组成和序列会不同。这种聚合物不适用于需要精确，均匀结构的应用，例如编码。
Lutz和他在Charles Sadron研究所的小组一直致力于开发与生物大分子具有相同精度和均匀度的合成分子。“我们从DNA获得了最初的灵感，DNA是一种用四种单体制成的聚合物：腺嘌呤，胸腺嘧啶，鸟嘌呤和胞嘧啶，”Lutz说。“虽然DNA是一种聚合物，可以编码使我们成为人类的信息 - 这是一项重要的成就 - 但它实际上并不是许多其他事物的最佳结构。我们认为也许我们可以制造出一种同样具有信息的聚合物 - 丰富，但增强了结构，因此它可以用于各种应用。“
该小组利用固相迭代化学构建了具有完全控制的一级结构的合成聚合物，这一过程最初是为制造肽或短片蛋白而开发的。在过去几年中，该团队一直在为数据存储应用制作精确定制的聚合物。在这些聚合物中，每个单体或亚基代表特定的信息。到目前为止，研究人员已经创建了由分层序列编码聚合物制成的微小数据存储设备。最近，他们还研究了编码合成聚合物的结晶，并观察到它们所含的分子位比DNA中的核苷酸占据的体积小得多。“非生物序列编码的聚合物现在已远远超出概念验证，”Lutz说。“我们是第一批人。
Lutz相信，在未来10年内，他的团队将使用其精确定制的聚合物推向市场，开展防伪和可追溯技术。假冒医疗器械是一个重大问题。世界卫生组织估计，流通的医疗器械中有超过8%是假药。Lutz的团队正在为眼科植入物等医疗设备构建和插入序列定义的聚合物。聚合物可以稍后提取并通过串联质谱鉴定。
“当你可以在一个分子中存储代码时，你可以想象用一个分子你可以写一些东西，比如公司名称，批号或生产日期，”Lutz说。“你有一种分子，你可以直接与各种材料混合，如塑料或陶瓷。我们可以把分子放在智能手机，医疗设备或植入体内的屏幕上。我们甚至可以把它放在昂贵的奢侈包。“