В нашем стремлении к чистой энергии и устойчивым решениям для здоровья решающую роль играют передовые материалы с уникальными, настраиваемыми свойствами. Среди них новое поколение пористых твердых тел, известных как трехмерные (3D) ковалентные органические каркасы (COFs), вызвало значительный интерес благодаря потенциальному применению в катализе, разделении, полупроводниках, протонной проводимости и биомедицине. Новизна этих материалов заключается в их синтезе, а также в их применении. 3D COF - это пористые органические материалы, разработанные путем соединения молекулярных строительных блоков с прочными ковалентными связями в кристаллические, протяженные, сетчатые сетчатые трехмерные структуры.
Однако синтез 3D COF из предварительно спроектированных строительных блоков, приводящий к сетевому "сетчатому" расположению составных частей или "сетевых топологий", остается сложной задачей. Это связано с нехваткой 3D-строительных блоков и недостаточной обратимостью связей между строительными блоками.
Недавно профессор Юити Негиши с кафедры прикладной химии факультета естественных наук Токийского университета науки, Япония, и его коллеги с кафедры прикладной химии Токийского университета науки, доктор Сайкат Дас, г-н Тайшу Секинэ и г-жа Харуна Мабучи впервые преуспели в создании нового 3D COF уникальная сетевая топология. "В этом исследовании нам впервые удалось создать 3D COF с топологией scu-c (сетевая структура) путем соединения узлов правильной плоскости (4-соединенной) с узлами правильной призмы (8-соединенной). Этот новый COF, то есть TUS-84, имеет двойную взаимопроникающую структуру с четко очерченными пустотами", - говорит проф. Негиши. Исследование было опубликовано в ACS Applied Materials & Interfaces в выпуске 42 тома 14 журнала от 17 октября 2022 года.
В рамках исследования исследователи провели реакцию конденсации двух органических линкеров, называемых DPTB-Me и TAPP, с различной симметрией, чтобы получить 3D COF с сетчатым расположением компонентов scu-c. Затем команда провела порошковую рентгеновскую дифракцию (PXRD) и просвечивающую электронную микроскопию высокого разрешения (HRTEM) для анализа кристаллической структуры и свойств синтезированного 3D COF. Исследователи также провели структурное моделирование и имитации, которые показали отличное соответствие наблюдаемым экспериментальным особенностям, обеспечивая при этом дальнейшее структурное понимание.
Исследователи также продемонстрировали, что синтезированный 3D COF обладает превосходными свойствами адсорбции водорода, диоксида углерода и метана, что усиливает его перспективы в улавливании углерода и применении в экологически чистой энергетике. Как проф. Негиши отмечает: "Разработка соответствующих COF также облегчает извлечение ресурсов металлов и благородных газов, таких как аргон, энергоэффективным способом. Это способствует улучшению ресурсных и энергетических проблем".
Изюминкой этого нового 3D COF является его эффективность в приложениях доставки лекарств. Команда представила возможности доставки лекарств TUS-84 с эффективной загрузкой лекарств и профилями замедленного высвобождения с использованием ибупрофена, распространенного нестероидного противовоспалительного препарата. TUS-84 показал пролонгированное высвобождение препарата примерно на 35% через 5 дней. Это облегчает доставку устойчивых концентраций лекарственного средства в течение длительного периода. В результате частота приема может быть снижена, и станет возможным более последовательный контроль длительной хронической боли.
Результаты этого исследования прокладывают путь к разработке будущих 3D-COF с уникальной топологией для применения в широком спектре областей, от медицины до восстановления окружающей среды.
Комментарии