Полимеры, большие молекулы, состоящие из повторяющихся более мелких молекул, называемых мономерами, встречаются почти во всем, что мы используем в повседневной жизни. Полимеры могут быть природными или созданными синтетическим путем. Природные полимеры, также называемые биополимерами, включают ДНК, белки и такие материалы, как шелк, желатин и коллаген. Синтетические полимеры составляют множество различных материалов, в том числе пластик, которые используются в производстве всего: от игрушек до промышленных волоконных кабелей и тормозных колодок.

Поскольку полимеры образуются в процессе, называемом полимеризацией, мономеры соединяются цепью. По мере развития цепи структура полимера определяет его уникальные физические и химические свойства. Исследователи постоянно изучают полимеры, как они формируются, как устроены и как они развивают эти уникальные свойства. Понимая эту информацию, ученые могут разрабатывать новые способы использования полимеров и создавать новые материалы, которые можно использовать в самых разных отраслях.

В статье, опубликованной в Nature Communications 4 мая, исследователи описывают новую структуру, обнаруженную в водном растворе амфифильного сополимера, называемую двуслойной ламеллярной мезофазой, которая была обнаружена с помощью случайной последовательности сополимера.

«Новая мезофаза является важным открытием, поскольку она показывает новый способ самоорганизации молекул», — сказал профессор Myungeun Seo с химического факультета KAIST. «Мы были особенно рады идентифицировать эту двухслойную ламеллярную фазу, потому что чистые двухслойные мембраны трудно свернуть термодинамически».

Исследователи считают, что эта мезофазная структура возникает из-за последовательности мономеров внутри сополимера. То, как различные мономеры располагаются в цепи, из которой состоит сополимер, важно и может иметь значение для того, что сополимер может делать. Многие сополимеры являются случайными, что означает, что их структура зависит от того, как мономеры взаимодействуют друг с другом. В этом случае взаимодействие между гидрофобными мономерами связывает цепи сополимера, чтобы скрыть гидрофобный домен от воды. По мере того как структура становится более сложной, исследователи обнаружили, что появляется видимый порядок, так что мономеры могут быть сопоставлены с правильной парой.

«Хотя мы склонны думать, что случайный порядок означает беспорядок, здесь мы показали, что периодический порядок может спонтанно возникать из случайной последовательности сополимеров на основе их коллективного поведения», — сказал профессор Сео. «Мы считаем, что это происходит из-за проблемы сопоставления последовательностей: найти идеально дополняющую пару для длинной последовательности практически невозможно».

Именно это создает уникальную структуру этой недавно открытой мезофазы. Сополимер самопроизвольно сворачивается и образует многослойную структуру, разделенную водой. Многослойная структура относится к пластинчатым складкам, и складчатые слои укладываются друг на друга. Образовавшаяся мезофаза является двулучепреломляющей, то есть через нее преломляется свет, она подобна жидкокристаллической, и вязкоупругой, то есть одновременно вязкой и эластичной.

Забегая вперед, исследователи надеются узнать больше об этой новой мезофазе и выяснить, как контролировать результат. Как только будет больше известно о мезофазе и о том, как она формируется, возможно, что новые мезофазы могут быть обнаружены по мере исследования большего количества последовательностей. «Один из очевидных вопросов для нас заключается в том, как контролировать частоту складывания и регулировать высоту складывания, над решением которой мы в настоящее время работаем. В конечном счете, мы хотим понять, как разные многокомпонентные последовательности могут ассоциироваться друг с другом, чтобы создать порядок и применить знания для разработки новых материалов», — сказал профессор Сео.