聚轮烷是一种“机械锁定”聚合物，主要用于滑环凝胶、电池电极材料和药物传递平台。

  《科学》杂志近日报道，诺贝尔奖得主、美国西北大学教授Fraser Stoddart爵士等开发出了制造聚轮烷的最精确方法：使用两个人工分子泵在聚合物两端安装环化物。这种微量泵可以让研究人员精确控制进入聚合物的环化物数量。

  Stoddart说：“我们首次完成了聚轮烷的精确制造。如果不能准确定义聚合物结构，就无法微调材料的整体性能。”

  聚轮烷具有良好的弹性力学性能，含聚轮烷的材料具备自我修复潜质。这些特点吸引了研究人员的广泛关注。然而，以精确的环数构建这种颇具前景的聚合物一直是个难点。

  论文作者、博士后研究人员Yunyan Qiu解释说：“在传统工艺中，工程师们直接将环与聚合物混合在一起，借助非共价相互作用形成包合物。如果不进行核磁共振显微镜分析，你无法确定有多少环穿过了聚合物链段。因此，人们只能大致控制环数。”

  为了攻克这一难点，Stoddart等开发了一种人工分子泵。它能够从氧化还原反应中获取能量，驱动分子由低能态转化为高能态。

  为了构建聚轮烷，分子泵会通过循环的化学或电化学氧化还原反应，使分子获得或失去电子。最初，位于聚合物两端的分子泵和环都带正电荷，相互排斥。注入电子后，分子泵和环单元都会从中性变为自由基的阳离子状态。接着，环突然被泵头吸引，并连接到聚合物两端。随后的氧化过程除去电子，恢复正电荷态。聚合物两端的正电荷单元可阻止环脱离。温和的加热条件使环通过减速带进入聚合物链。分子泵重复这一过程，将环成对注入聚合物链段中。

  Qiu说：“虽然目前我们最多只能套入10个环，但我们相信，这是受到了聚合物链的长度限制。如果我们将聚合物的长度增加一倍，环的数量应该也能增加一倍。”

  Stoddart等认为，利用分子泵法，他们还能用多种其他类型的聚合物制造具有特殊性质的聚轮烷。

  原文链接：https://phys.org/news/2020-06-tiny-polyrotaxanes-precision.html