東京大學開發了一項奈米尺寸的「分子瓶(Molecular Flask)」。這是一種形似瓶刷(Bottle Brush)的單一高分子,其核心部分周圍的空間可作為反應容器(反應場),可進行將多個小分子單體(Monomer)連接起來的「聚合反應」,藉此合成高分子(聚合物)。此項技術至少可適用於2種不同反應機構的聚合反應,可望成為對於如共軛高分子等以往難以精確控制之機能性高分子合成的有效工具。
「分子瓶」是由直鏈狀的高分子主鏈(即核心)與大量密集排列的側鏈所構成的刷狀高分子。核心周圍的空間形成密閉的反應容器,並在此進行聚合反應。研究團隊透過在主鏈附近大量接合帶有降莰烯(Norbornene)部位的側鏈,使其密集排列,並發現這樣的「高密度側鏈」是形成密閉反應空間的關鍵。若為觸媒這類較小的分子,即能自由進入分子瓶內部並引發化學反應。
實驗中,研究團隊在溶液內加入2種噻吩類(Thiophene)單體與金屬觸媒並觀察反應過程。結果顯示,至少發生了2種聚合反應,最終促成了2種不同噻吩單體交替連結的共聚反應,生成在紫外光照射下能夠鮮明發光的聚噻吩衍生物(共軛高分子)。
共軛高分子因其優異的發光性與導電性,廣泛應用於有機電子材料等領域。然而,由於其聚合反應難以控制分子量,一直是材料合成上的挑戰。此次開發的「分子瓶」技術,有助於精準控制分子量等性質,可望應用於開發兼具輕量、柔軟特性及優異性能的電子元件與發光材料。