Hollow Nanotubular Toroidal Polymer Microrings

Jiyeong Lee, Kangkyun Baek, Myungjin Kim, Gyeongwon Yun, Young Ho Ko, Nam–Suk Lee, Ilha Hwang, Jeehong Kim, Ramalingam Natarajan, Chan Gyung Park, Wokyung Sung* & Kimoon Kim*

Despite the remarkable progress made in the construction of nano– and microscale architectures with well–defined sizes and shapes by self–assembly, a self–organization–based synthesis of hollow toroids has so far proved to be elusive.  Here, we report the first such synthesis using rectangular, flat and rigid core monomers with anisotropically predisposed alkene groups which are cross–linked with each other by dithiol linkers using thiol–ene photopolymerization to create the hollow toroids.  The resulting superstructures are shape–persistent and mechanically robust in solution.  In addition, their size can be tuned by controlling the initial monomer concentrations, an observation which is supported by a theoretical analysis.  These hollow microrings can encapsulate guest molecules in the intratoroidal nanospace and act as templates for circular arrays of metal nanoparticles on their peripheries.

첨가제나 주형을 사용하지 않고도 직사각형 모양의 단량체(안트라히드로퀴논) 분자들이 서로 연결돼 스스로 속이 빈 마이크로 도넛을 이루는 것을 보고하였다. 마이크로 도넛은 지름이 약 0.7~2.7마이크로미터(㎛)에 단면의 너비가 약 40~80나노미터(㎚)이고 내부에 빈 공간을 지니는 초소형 도넛 모양의 고분자 물질로, 비어있는 내부 공간에 다른 작은 분자를 포집했다가 배출할 수 있는 특징이 있다. 이와 같은 분자들의 자기조립현상은 기존에는 조절이 쉬운 비공유결합을 통해 이루어진 것에 반해, 이번 연구에서는 비가역적인 공유결합을 통해서도 분자들이 자기조립해 특이한 구조체를 형성할 수 있고 블록 분자를 디자인하는 것에 따라서 원하는 구조체를 합성할 수 있음을 밝혀냈다. 이번 연구성과는 세계적인 학술지인「네이처 케미스트리(Nature Chemistry)」2월호 표지 논문으로 게재될 예정이며, 온라인으로는 1월 6일에 발표됐다.