ISPM_science

🧩 Когда мы слышим слово "LEGO", первое, что приходит на ум, — это конструктор, в котором маленькие детали соединяются, образуя сложные конструкции.
Но что, если бы такие же принципы можно было применить на уровне молекул, создавая материалы с уникальными свойствами?
Именно этим и занимаются ученые, разрабатывая ковалентные органические каркасы или COFs (Covalent Organic Frameworks).
Эти структуры, как и LEGO, собираются из небольших блоков — органических молекул, соединенных ковалентными связями в упорядоченные сети.
Традиционно такие каркасы создаются из ароматических звеньев, что обеспечивает им высокую кристалличность и стабильность. Однако недавно опубликованная статья в Journal of the American Chemical Society продемонстрировала настоящий прорыв: исследователи показали, что для создания прочных и упорядоченных структур необязательно использовать только ароматические соединения. Данная статья очень быстро попала в коллекцию "ACS Editors' Choice" как работа, представляющая широкий общественный интерес.
Ну а теперь поподробнее. 🤓
Ученые из Национального Университета Сингапура (или сокращенно NUS) создали первый алифатический COF по реакции Шиффа (формирование иминных связей), а помимо этого, на основе полученной новинки получили полностью насыщенный каркас!
Первый алифатический COF получил название NUS-119, а первый полностью насыщенный на его основе - NUS-120.
В целом нетяжело догадаться, почему они получили такие названия. 😏
NUS-119 получали суспендированием 1,3,5,7-тетрааминоадаманатана (ТАА) и бицикло[2.2.2]октан-1,4-дикарбальдегида (BODA) в растворе 1,4-диоксана и с добавлением Sc(SO₃CF₃)₃ в качестве катализатора, а также с последующим воздействием ультразвука в течение часа при температуре 85 °C.
Возможно, на этом моменте многие уже догадались, что будет дальше 🤫
Для того, чтобы получить полностью насыщенный каркас на основе NUS-119, необходимо восстановить иминные связи до аминных.
Авторы работы так и поступили: с использованием борогидрида натрия (NaBH₄) они эффективно восстанавливали иминные группы, тем самым получив полностью насыщенный каркас — NUS-120.
Что же со свойствами нового материала? 👀
И NUS-119, и NUS-120 характеризуются хорошей термической стабильностью до 340 °C.
Часто такие органические каркасы используют в качестве фильтров, катализаторов и для хранения газов за счет очень развитой удельной поверхности, которая обусловлена высокой пористостью. Тем не менее удельная поверхность полученных материалов даже уступает их ближайшим конкурентам: 1050 м²/г¹ против 1900 м²/г¹ у COF-320.
Так ли стоит игра свеч? Авторы работы утверждают — определенно! 🔥
Они проверили каталитическую способность NUS-119 и NUS-120 в реакции конденсации Кновенагеля, а также сравнили с каталитической активностью COF-320. Реакция достигла высоких показателей конверсии продукта при использовании NUS-119 и NUS-120 — 88% и 98% соответственно против 47% при использовании COF-320.
Такие высокие показатели конверсии при использовании NUS-119 и NUS-120 связывают с высокой основностью, вызванной делокализацией электронов, все же в химической среде этих каркасов отсутствуют ароматические фрагменты. Отсутствие ароматических фрагментов также снижает стерические затруднения, а полностью насыщенная химическая структура NUS-120 устраняет возможное влияние π-электронов.
В целом можно сказать, что работа расширяет понимание материалов COF и закладывает основу для будущих исследований и применения полностью насыщенных COF.
Что же, будем обязательно ждать появления новых алифатических органических каркасов!

💡 “Build-a-bio-Strip”: Ваш помощник в зеленой химии

Рады сообщить о публикации нашей статьи в ACS Journal of Chemical Information and Modeling, где представлен новый онлайн-сервис — “Build-a-bio-Strip”. Это удобный инструмент для быстрого анализа токсичности химических процессов, созданный для поддержки учёных в разработке более безопасных и устойчивых методов синтеза.

⚙️ Как работает “Build-a-bio-Strip”?

Сервис позволяет пользователям загружать данные, такие как полумаксимальные цитотоксические концентрации (CC₅₀) или полулетальные дозы (LD₅₀) для каждого реагента. Также доступна опция использования прогнозируемых значений токсичности, рассчитанных на основе структурных формул (SMILES). Инструмент автоматически анализирует эти данные и рассчитывает ключевые токсикологические показатели, включая био-фактор и цитотоксические потенциалы для каждой возможной реакции. Кроме того, “Build-a-bio-Strip” визуализирует вклад каждого компонента реакции в общую токсичность процесса с помощью био-стрипов, что помогает учёным выделить наиболее токсичные компоненты и оптимизировать выбор реагентов для снижения экологических рисков.

🧑‍💻 Попробуйте прямо сейчас!

Сервис доступен всем желающим по ссылке. Оцените возможности “Build-a-bio-Strip” и внесите свой вклад в создание более безопасных и экологичных химических технологий!

Полный текст статьи ищите в комментариях 👇

Ученые разработали биомиметический микрогель, который поможет переосмыслить регенерацию хрящевой ткани. Исследование, показало, что микрогель способен восстанавливать участки поврежденного хряща.

🔬 Микрогель представляет собой комбинацию двух типов микросфер. Первая составляющая микрогеля – жесткие биодеградируемые микросферы на основе полимолочной кислоты (PLA), которые обеспечивают механическую стабильность структуры. Вторая составляющая – мягкие микросферы из смеси желатина и гиалуроновой кислоты, с добавлением плазмы, богатой тромбоцитами (PRP). Эти микросферы поддерживают режим высвобождения биомолекул, который стимулирует миграцию и дифференцирование клеток, способствуя восстановлению хряща.

⚗️ Синтез микрогеля включает несколько важных стадий. Мягкие микросферы формируются путем ферментативного сшивания, где желатин и гиалуроновая кислота модифицируются тираминовыми группами, а перекрестное сшивание запускается с помощью пероксидазного катализатора и перекиси водорода. С помощью этой реакции возможно инкапсулирование PRP без его преждевременного активационного распада. PRP активируется только при добавлении хлорида кальция перед имплантацией, что обеспечивает контролируемое высвобождение факторов роста, необходимых для регенерации ткани.

🩸 Исследование проводилось на моделях коленных суставов мини-свиней. Было проведено микросверление (рис. а), которое в последующем заполнили микрогелем (рис. b) и покрыли электроформированной PLA-мембраной (рис. c). После девяти месяцев наблюдения микрогель показал результаты (рис d), подающие большие надежды: регенерированная ткань по своим свойствам оказалась близка к естественному гиалиновому хрящу.

🧫 При гистологическом анализе был обнаружен высокий уровень гликозаминогликанов, поддерживающих механическую стабильность ткани, и четко организованную клеточную структуру. Однако PLA-микросферы постепенно рассасывались, не нарушая структуру восстановленного хряща.

💡 Микрогель открывает новые возможности для создания адаптируемых и эффективных биоматериалов. Он перспективен для травматологии и ортопедии, предлагая альтернативу существующим методам. Подход сочетает в себе сложные химические технологии с биологическими принципами, создавая систему, которая способна регулировать микроокружение клеток в условиях сильной механической нагрузки на суставы. Такой биомиметический микрогель может стать основой для новых возможностей в регенеративной медицине.

📈 Дальнейшие исследования покажут, насколько успешно микрогель может применятся на практике и в каких еще областях его свойства могут быть востребованы. Но уже сейчас ясно, что эта разработка имеет все шансы сделать прорыв в области медицинской химии и создания биоматериалов для регенерации тканей.

Полный текст статьи доступен по ссылке.

#article

В сфере синтетических волокон полиамидная ткань стала материалом первостепенной важности, в частности, в индустрии моды, поскольку она обладает такими характеристиками как прочность, химическая стабильность и стойкость к истиранию. Тем не менее этот материал имеет серьезный недостаток, а именно жесткость с низким начальным модулем упругости. Поэтому современные научные исследования направлены на решение этой проблемы, а конкретнее на поиск возможностей модификации структуры волокна с сохранением имеющихся положительных свойств материала и устранением его недостатков.
Так, распространенным приемом устранения известных недостатков полиамидной ткани является использование модификаторов ткани на основе смягчающих агентов, в основном силоксановых и полиуретановых. Первые придают шелковистость, а также улучшают гладкость и податливость ткани, однако делают ее менее долговечной в отношении стирки. Использование вторых обеспечивает комфортное растяжение тканей без повреждения первоначальной структуры. Несмотря на это, использование полиуретана иногда может отрицательно влиять на тактильные характеристики волокна.
Все больше исследователей обращаются к синтетическим полимерам, которые объединяют полезные свойства обоих компонентов в одной молекуле. Однако вставка сегментов полиуретановой цепи в полисилоксановые цепи нарушает упорядоченное расположение метильных групп вдоль полисилоксановых сегментов, что приводит к уменьшению свободы вращения силоксановых цепей и снижению мягкости и гладкости материала.
В поисках решения этой проблемы группой ученых из Китая была разработана схема для получения нового сополимера на основе полисилоксановых и полиуретановых блоков. Кроме того, полимерные блоки разной природы были объединены новым оригинальным связующим агентом на основе алкоксисиланов (KHS). KHS первоначально используется для блокирования изоцианатных групп полиуретанового преполимера, а затем вступает в реакцию с линейным гидроксисиликоновым олигомером для успешного синтеза модифицированной силиконом полиуретановой эмульсии (KHS-PU).
Разработанная эмульсия на основе KHS-PU с небольшим размером частиц (142 нм) обладала хорошей дисперсионной и термической стабильностью. Результаты анализа ТГА показывают, что KHS-PU обладает хорошей термостойкостью с начальной температурой разложения 216 °C и может применяться для отделки полиамидных тканей в условиях высоких температур.Испытания СЭМ-ЭДС показали, что KHS-PU может образовывать гладкую пленку на поверхности полиамидных тканей, придавая им хорошие гидрофобные свойства, о чем свидетельствует угол смачивания 138,1°. Образование этой гладкой плёнки объясняется превосходными плёнкообразующими свойствами KHS-PU как полиуретана, а также связано со склонностью кремниевых элементов мигрировать и накапливаться на поверхности.
🔍Таким образом, проведенные исследования показали, что по сравнению с полиамидными тканями с отделкой индивидуальными полиуретановыми или полисилоксановыми модификаторами, новый сополимер, содержащий оба типа этих полимеров, демонстрируют более низкие коэффициенты трения поверхности, среднее значение сопротивления ткани изгибающим моментам, которое связано с жесткостью, ощущаемой при прикосновении, и среднее значение работы сжатия. Новый модификатор также эффективно повышает устойчивость ткани к сжатию - на 40 % и угол восстановления после смятия более чем на 25°. Кроме того, модификатор не только улучшает механические свойства полиамидных тканей, но и оказывает минимальное влияние на белизну и желтизну ткани, а также придаёт полиамидным тканям хорошую гладкость, упругость, устойчивость к смятию и стирке, и имеет большие перспективы применения в текстильной промышленности.

Работа опубликована в журнале Progress in Organic Coatings

#article

Зачастую, когда мы слышим о гибкой электронике, представляется что-то далёкое и высокотехнологичное – гибкие роботы, искусственные мышцы, кожа, но уже сегодня мы с ней сталкиваемся каждый день в виде гибких дисплеев.
Модуль гибкого дисплея состоит сразу из нескольких функциональных слоёв – матрицы, сенсорной панели, защитного покрытия и поляризационной плёнки, скрепляющихся прозрачными вязкоупругими плёнками (CVF), к которым предъявляются особые требования – высокая прозрачность, низкие модуль упругости и температура стеклования и, при этом, хорошие релаксация напряжения, адгезия и восстанавливаемость после циклов «нагрузка-разгрузка».
Самым популярным материалом для получения таких плёнок на данный момент являются различные полиакрилаты, во многом из-за их исключительной прозрачности и лёгкости получения, однако основной проблемой данных устройств остаётся долговечность – многие используемые акрилаты не рекомендуется использовать при пониженных температурах, а при долгом воздействии повышенной температуры они желтеют, количество циклов складывания-раскладывания дисплея ограничено, а их замена в силу дороговизны материалов и сложности изготовления обходится очень дорого. Поэтому поиск хороших альтернатив им является важной задачей.
В серии работ учёных из Южно-Китайского технологического университета был получен набор CVF-плёнок из смеси поли(мочевин-силоксанов) с MQ-смолами. Благодаря использованию силоксанов в качестве основы, удалось📝 получить плёнки с прозрачностью выше 94% (включая как сами сополимеры, так и готовые материалы с MQ-смолой), низким (13-127 кПа) модулем Юнга, имеющие высокое сопротивление ползучести (коэффициент восстановления более 85%) и устойчивые к различным формам деформации (включая 200000 циклов сложение-разложение), что вместе с лёгкостью контроля свойств материала путём варьирования доли жёстких сегментов, их вида, типа удлинителя, силоксанового или карбоцепного, и массы ПДМС, позволяет им не уступать по характеристикам акрилатным аналогам и стать перспективным материалом для производства гибких устройств.

📝 Полный текст статьи доступен по ссылке