Theo ý kiến của nhà hóa học Jeremiah Johnson tại MIT thì "Mặc dù những loại polymer này có thể xác lập được trình tự, nhưng độ dài của chúng vẫn chưa kiểm so[r]
(1)Sự thần kỳ polymer sáng tạo loại vật liệu thông minh hành tinh Polymer thay đổi sống nhân loại kỷ 20 bạn có biết lồi người "nghiệp dư" việc sản xuất chúng Đừng nghĩ loại polymer mà ngày xài hoàn hảo! Chưa đâu, mà người ta muốn tạo loại polymer lấy cảm hứng từ tự nhiên thành cơng, người có thêm loại vật liệu với khả vô tận, không nhựa tự hủy bảo vệ môi trường, dụng cụ cấy ghép vào thể mà DNA "hệ miễn dịch nhân tạo" phục vụ cho quân đội,
Nhựa có quanh ta
Polymer xuất khắp nơi, nhang nhản trước mắt ta, sát bên thân ta phút giây Thí dụ dùng nhựa để chứa túi bún riêu mua nhà, dùng hộp nhựa để lắc xoài với muối ớt, đồ chơi trẻ nhựa, xe máy hàng ngày có nhựa, điện thoại, máy tính chí mắt kính dính mặt để bạn đọc viết nhựa Chúng ta nói nhiều nhựa khơng ngớt lời ca ngợi thứ vật liệu để tạo vơ hạn thứ hạn, góp phần quan trọng việc định hình kỷ 20 nhân loại
Nhựa có quanh ta, dùng hàng ngày, kề cận bên ta phút giây
(2)chúng ta trộn nhiều phân tử đơn phân (monomer) lại với kết phản ứng xảy ra, đơn phân nối lại với thành sợi dài hợp chất cao phân tử polymer Có thể hình dung chuỗi polymer giống đoàn tàu lửa sợi dây xích dài thật dài
Trước polymer tổng hợp thành công, phần lớn vật dụng hàng ngày người gỗ, đá kim loại Mãi năm 1909 loại nhựa tổng hợp nghĩa Bakelite tổng hợp thành cơng nhà hóa học người Bỉ Leo Baekeland New York Bakelite cấu tạo từ đơn phân formaldehyde, tạo thành nhiều hình dạng khác nóng, sau nguội lại cố định hình dạng Qua thời gian, dùng Bakelite TV, trang sức, điện thoại xe
Tùy theo thành phần hóa học đơn phân độ dài chuỗi polymer mà tạo vơ số loại polymer với tính chất lý hóa khác Tuy nhiên, phần lớn polymer sử dụng rộng rãi giới hình thức nhựa có nhiều đơn phân với nguồn gốc từ dầu mỏ Từ túi nylon, áo thun nylon, áo khoác chống thấm, nhựa điện tử, có đơn phân bắt nguồn từ dầu mỏ Polymer tự nhiên tổng hợp: trời vực
(3)Tự nhiên tạo vô số loại protein cách làm thay đổi đơn phân cho chuỗi với ứng dụng khác nhau, mà cách kiểm soát xác thứ tự chuỗi đơn phân Kết tất thứ, từ móng tay người, thịt, dây chằn enzyme tiêu hóa tạo với 21 loại axit amin "khâu" lại với theo thứ tự độ dài khác
Đây "khả kiểm sốt trình tự" độc có thiên nhiên làm người muốn làm chủ điều Nếu người có khả kiểm sốt điều đồng nghĩa với cách mạng công nghệ sản xuất polymer diễn Điều cho phép đặt nhóm nguyên tử vào vị trí mong muốn Thế nhưng, khơng thể thao tác axit amin mang khỏi môi trường ẩm ướt ấm áp tế bào
(4)Tuy nhiên, chuyện lại khơng đơn giản Nhà hóa học vật liệu Ronald Zuckermann Phịng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley cho biết: "Bạn trộn đơn phân lại với vào túi nói "dính lại với em" lẽ đó, bạn nhận chuỗi đơn phân ngẫu nhiên." Qua nhiều năm, nhà hóa học học cách đính đơn phân lại với theo cách mà họ muốn
Dù vậy, điều thực với kết nối vốn nhiều liền để hoàn thành phải thực điều kiện khiết, nghiêm ngặt cách vô cẩn thận Trong chuỗi polymer có hàng ngàn việc tạo nên chuỗi ý gần bất khả thi Và có lẽ tại, thành tựu mà người đạt gần với tự nhiên block copolymer (polymer có đơn vị tái lặp mạch)
(5)Quần legging, quần bó, quần áo lót, thun chiều, tạo từ dạng cao cấp polymer spandex
(6)Kỹ thuật dùng vòng siêu đơn phân Zuckermann để tạo polymer có trình tự mong muốn Gutekunst cho biết cách làm giúp thay đổi cấu trúc, thứ tự polymer dễ dàng trước Đồng thời, thay phụ thuộc vào đặc tính vốn có vịng, ơng sử dụng thêm chất xúc tác để kích hoạt q trình polymer hóa Theo Gutekunst, kỹ thuật ví việc tái lập trình đơn phân, cho phép ơng tạo nên loại polymer kiểm sốt trình tự, cuối tạo thành polymer mang đặc tính mong muốn, thí dụ loại nhựa tự hủy gặp điều kiện
Chỉnh cấu trúc chưa thể kiểm soát độ dài: khó khăn chồng chất
(7)Kỹ thuật tạo chuỗi polymer có độ dài ý phát triển Johnson
Được biết Johnson phát triển q trình tạo polymer tùy chỉnh cách cho thực nhiều phản ứng polymer hóa song song Thí dụ bình chứa bạn tiến hành ghép đơn phân A B lại với nhau, bình khác đơn phân C D cho polymer hóa Sau đó, nửa bình bình lấy đổ qua cho nhằm tạo thành polymer ABCD, sau lại tiếp tục đổ qua lại để tạo nên ABCDABCD Cách làm cho phép tạo chuỗi polymer xác độ dài lẫn thứ tự chu kỳ Johnson thừa nhận nhiều hạn chế ông thực liên tục nhiều phản ứng để nhanh chóng tạo thành hàng chục gram vật liệu thành cơng lớn nghiên cứu ơng Và qua đó, ơng cho minh chứng cho tiềm thay đổi hồn tồn ngành cơng nghiệp nhựa tương lai
Muốn bắt chước tự nhiên, tiến hóa
(8)"Con robot nano" mô cách thức riboxom để tạo chuỗi polymer với trình tự có kiểm sốt
Đây cách mạng? Cịn có nghiên cứu nhà hóa học khác Tế bào có chứa "những cỗ máy khâu" gọi riboxom với nhiệm vụ gắn axit amin lại với theo trình tự định trước thời gian vài giây Lấy cảm hứng từ đặc tính này, David Leigh Đại học Manchester, Anh Quốc phát triển nên cỗ máy phân tử để tạo nên polymer giống cách tiếp cận riboxom
Hồi năm 2013, Leigh đồng nghiệp công bố cỗ máy riboxom nhân tạo - chất vịng phân tử với kích thước nano lập trình để di chuyển, thu thập lắp ghép khối đơn phân lại với Tuy nhiên giới hạn "cỗ máy" tạo polymer chứa loại đơn phân quan trọng hơn, làm việc chậm Hồi tháng 12 năm vừa rồi, Leigh công bố thêm "dây chuyền" lắp ghép polymer, tạo thành từ nhiều "cánh tay robot" kích thước nano Tuy nhiên, hiệu suất chưa công bố
Những cỗ máy tổng hợp DNA nhân tạo
(9)Bằng cách này, O’Reilly tạo rao sợi polymer theo ý muốn với trình tự khác khu vực phản ứng Đây ví bước đệm cho trình hình thành nên thư viện loại polymer xếp trình tự
Khi có tay "quyển từ điển" này, nhà khoa học dần hiểu cần phải tạo nên loại polymer với cấu trúc để đạt tính chất mong muốn O’Reilly cho biết: "hãy tưởng tượng bạn tạo polymer nhân tạo có khả chép tiến hóa Chúng ta tạo chuỗi axit amin với tình tự định trước để tác động vào enzyme, từ tạo hiệu chữa bệnh Suy cho cùng, q trình tiến hóa cách mà thiên nhiên tạo polymer hồn hảo
(10)pháp tạo polymer gọi "peptoid", loại protein qua xử lý hóa chất để hoạt động mạnh bên ngồi tế bào
Các chuỗi polymer có "trí nhớ", dùng làm cảm biến cảnh báo vũ khí hóa học
Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu phương pháp tạo nhiều trình tự khác nhau, Zuckermann tạo loại peptoid có khả gấp thành Sau đó, ơng dùng hóa chất khác rắc lên peptoid nhằm biến thành cảm biến hữu dụng Được biết, ông báo cáo nghiên cứu với Bộ quốc phòng Mỹ để phát triển nên hệ thống cảnh báo sớm vũ khí hóa học:
"Chúng ta cần hệ thống vừa mạnh mẽ linh hoạt protein, vừa tồn mơi trường khơng thích hợp Nếu đạt được, tạo nên quần áo quân sĩ với khả nhận biết sớm dấu hiệu vũ khí hóa học, khơng cảnh báo mà chí phản ứng lại với chất độc hệ miễn dịch nhân tạo."
Các nhà khoa học từ lâu hình dung nên giới tương lai loại polymer hồn hảo: khơng hàng hóa bạn thấy ngày, mà siêu vật liệu tối ưu cho ứng dụng chuyên ngành Chưa hết, nhiều ứng dụng khác mà tưởng tượng tới v loi polymer hon ho Nh húa hc Jean-Franỗois Lutz Viện nghiên cứu Charles Sadron, Pháp cho dùng loại polymer kiểm sốt trình tự nơi lưu trữ thông tin
(11) Polymer vật liệu hỉ nhựa loại polymer tổng hợp n protein Đâ khoa học