北海道大學成功開發了一項柔軟且可溶於水的親水性尼龍。此材料透過在尼龍分子主鏈中導入疏水性的甲基(Methyl Group),切斷原本堅固的氫鍵結構,從而賦予材料親水性。研究中亦確認新材料可在水中形成液滴並吸附螢光分子,且在酸性條件下會分解。新材料可望應用於醫療與生物領域的生物材料,以及具有使用中穩定、需求時可分解之「應需分解性(On-demand Degradability)」新素材等用途。
尼龍是由美國杜邦公司化學家Wallace Hume Carothers於1935年發明、全球第一款化學纖維,至今仍廣泛應用於衣物、釣魚線等領域。其分子結構由主鏈中的次級醯胺鍵與烷基鏈構成,分子間的強氫鍵帶來高機械強度與低溶解性。
此次北海道大學研究開發的「N-甲基化尼龍(N-Methylated Nylons)」雖早在Wallace Hume Carothers的原始專利中曾被提及,但因不適用於纖維用途,過去80多年來幾乎未被深入研究,因此被視為「被遺忘的高分子材料」。
北海道大學基於「導入疏水性基團以賦予親水性」的逆向思維,合成了24種N-甲基化尼龍,其中21種為此次研究中新設計的高分子材料。經測試後確認,大部分樣品可溶於水。此外,尼龍的主鏈碳數可精密調整,俾使N-甲基化尼龍具備可控的親水性。其中幾種材料展現出在低溫時可溶於水,加熱後則變為不溶性的「LCST型相分離(Lower Critical Solution Temperature)」特性。
在此狀態下,材料可於水中形成液滴並吸附螢光分子。進一步實驗也發現,新材料在中性條件下呈現穩定,在酸性條件下則會發生主鏈中醯胺鍵的水解反應,具有可控制的分解性。