A szupramolekuláris polimer egy nagy molekula ( makromolekula ), amelynek szerkezete nem kovalens kötésekkel összekapcsolt monomer egységekből áll. Az utóbbiak reverzibilis és irányított másodlagos kölcsönhatások. Ide tartoznak a van der Waals-erő , a hidrogénkötés , a π-π halmozás , a fémkoordináció , a halogénkötés , a kalkogénkötés és a gazda-vendég kölcsönhatás. A nem kovalens kölcsönhatások irányát és erősségét pontosan úgy állítják be, hogy a molekulahálózat híg és koncentrált oldatban polimerként viselkedjen (vagyis a polimerfizika elméleteivel leírható módon viselkedjen). mint a szilárd fázisban.
A hagyományos polimerekben a monomer egységeket erős kovalens kötések kötik össze, és kiváló tulajdonságokkal rendelkeznek anyagként; feldolgozásukhoz azonban megemelkedett hőmérsékletek és nyomások szükségesek, mivel a polimer belekeveredik a nagyon viszkózus olvadékba. A szupramolekuláris polimerek jó anyagtulajdonságokat ötvöznek az alacsony olvadékviszkozitással, így könnyebben kezelhetők, mint a hagyományos polimerek. Ezenkívül néhány szupramolekuláris polimer egyedi tulajdonságokkal rendelkezik, például képes a törések öngyógyítására. Bár a kovalens polimerek újrafeldolgozhatók, erős kovalens kötéseik soha nem bomlanak le, és műanyaghulladék formájában negatívan befolyásolják a környezetet . Így a szupramolekuláris polimerek egyre népszerűbbek, mivel képesek reaktív, adaptív, öngyógyító és környezetbarát anyagok tervezésére.
A polimerek modern koncepcióját Hermann Staudingernek tulajdonítják , aki 1920-ban megerősítette az ultrahosszú kovalensen kapcsolt molekulák létezését, amelyeket " makromolekuláknak " nevezett . A szupramolekuláris polimerek preambuluma festék-aggregátumokként és gazda-vendég komplexekként gondolható el. A XIX . Század elején a pigmentek területén dolgozó tudósok felfedeztek néhány festék aggregátumot, amelyek "speciális típusú polimerizációval" képződhetnek, de elméletet nem javasoltak. A szupramolekuláris kémia területének megalakulása után, és miután 1987-ben a kémiai Nobel-díjat Donald J. Cram , Jean-Marie Lehn és Charles J. Pedersen kapta meg , a kémikusok elkezdtek több összeállított szerkezetet tervezni és tanulmányozni. . 1988-ban Takuzo Aida, japán polimer kémikus beszámolt a cofacialis összeállítás koncepciójáról, amelyben az amfifil porfirin monomerek van der Waals kölcsönhatás útján kapcsolódnak össze, egyoldalas architektúrákat alkotva az oldatban, ami prototípusnak tekinthető. Supramolekuláris polimerek. Ugyanebben az évben 1988, James. D. Wuest egydimenziós aggregátumokat vezetett be a hidrogénkötési kölcsönhatás alapján kristályos állapotban. A hidrogénkötéseket alkalmazó eltérő stratégiával Jean MJ Fréchet 1989-ben kimutatta, hogy a karbonsav- és piridilegységekkel rendelkező mezogén molekulák tömegbe keveredve heterotrop módon dimerizálódva stabil folyadékkristály-szerkezetet képeznek. 1990-ben Jean-Marie Lehn kimutatta, hogy ez a stratégia kibővíthető egy új polimerkategóriává, amelyet „folyékony kristályos szupramolekuláris polimernek” nevez azáltal, hogy komplementer hármas hidrogénkötés egységeket használ ömlesztve. Reza Ghadiri úr 1993-ban egy nanotubuláris szupramolekuláris polimerről számolt be, amelyben a B-lapot képező makrociklusos peptidmonomer a szomszédos makrociklusok között több hidrogénkötés révén összeállt. 1994-ben Anselm. C. Griffin amorf szupramolekuláris anyagot mutatott, amely egyszeres hidrogénkötést használt karbonsav- és piridin-terminális homotróp molekulák között. Az az ötlet, hogy mechanikailag erős polimer anyagokat állítsanak elő kis molekulák 1D szupramolekuláris asszociációjával, nagy asszociációs állandót igényel az ismétlődő építőelemek között. 1997-ben EW "Bert" Meijer egy ureidopirimidinon végű telehelikus monomerről számolt be "önkiegészítő" hidrogénkötéses négyszeres egységként, és bebizonyította, hogy a kapott kloroformban lévő szupramolekuláris polimer oldat hőmérsékletén oldattól függő viszkoelasztikus tulajdonságot mutat. Ez az első bizonyíték arra, hogy a szupramolekuláris polimerek, ha mechanikailag kellően erősek, fizikailag összekeverednek az oldatban.
A szupramolekuláris polimerizáción áteső monomereket egyensúlyban tartjuk a növekvő polimerekkel, ezért a termodinamikai tényezők uralják a rendszert. Ha azonban az alkotó monomerek erős és többértékű kölcsönhatásokon keresztül kapcsolódnak egymáshoz, akkor egy " metastabil " kinetikai állapot uralhatja a polimerizációt. Külső energiaforrás, amely a legtöbb esetben hő formájában képes átalakítani a "metastabil" állapotot termodinamikailag stabil polimerré. A szupramolekuláris polimerizáció számos lehetséges mechanikus útjának egyértelmű megértése még vita tárgyát képezi. Az EW "Bert" Meijer által bevezetett "reakcióút-komplexitás" fogalma azonban rávilágít a szupramolekuláris polimerizáció kinetikai viselkedésére. Ez a "reakcióút-komplexitás" fogalma elmagyarázza, hogyan lehet sokféle összeállított szerkezetet előállítani ugyanazon kiindulási monomer egységekből.
A hagyományos kovalens polimerizációban két, a polimerizáció és a polimeráz lánc lépésein alapuló modell működik. Manapság hasonló felosztás elfogadható a szupramolekuláris polimerizációhoz; izodezmikus (lépésenkénti polimerizációs mechanizmus) és kooperatív vagy nukleációs-hosszabbító modell (polimeráz láncreakció) A harmadik kategória a mag szupramolekuláris polimerizációja, amely a polimeráz láncreakció speciális esetének tekinthető.
A lépésenkénti polimerizációs mechanizmus szupramolekuláris ekvivalensét általában izodmás modellnek nevezik, vagy egyenlő K-vel ( K jelentése két szomszédos monomer kölcsönhatása). Izodmás szupramolekuláris polimerizáció esetén nincs szükség a monomerek kritikus hőmérsékletére vagy koncentrációjára a polimerizáció megvalósulásához, és a polimer és a monomer közötti asszociációs állandó független a polimer lánc hosszától. Így a szupramolekuláris polimerláncok hossza nő, ha az oldatban a monomerek koncentrációja növekszik, vagy ha a hőmérséklet csökken. A hagyományos polikondenzációban az asszociációs állandó általában nagy, ami nagyfokú polimerizációhoz vezet; melléktermék azonban megfigyelhető. Izodmás szupramolekuláris polimerizációban a nem kovalens kötések miatt a monomer egységek közötti kapcsolat gyenge, és a polimerizáció mértéke nagymértékben függ a kölcsönhatás erősségétől, vagyis a monomer egységek közötti multivalens interakciótól. Például a bifunkcionális monomerekből álló szupramolekuláris polimerek, amelyeknek a végén egyetlen hidrogénkötés donor / akceptor van, általában alacsony fokú polimerizációt eredményeznek, azonban a kvadrupoláris hidrogénkötésűek, például ureidopirimidinon egységek esetén alacsony magas polimerizáció. A szupramolekuláris alapuló polimer ureidopyrimidinone, a molekulatömeg megfigyelt kísérletileg át félig híg koncentráció nagyságrendű 10 6 Dalton és a molekulatömeg a polimer lehet szabályozni monofunkciós lánc capsulators.
A hagyományos láncpolimerizáció legalább két fázist tartalmaz; iniciáció és terjedés, míg egyes esetekben lezárási és láncátviteli fázisok is előfordulnak. A tág értelemben vett szupramolekuláris lánc polimerizáció két külön fázist foglal magában; egy atommag kevésbé előnyös és kedvelt terjedés. Ebben a mechanizmusban egy bizonyos méretű mag kialakulása után az asszociációs állandó megnövekszik, a monomer további hozzáadása kedvezőbbé válik, és megindul a polimer növekedése. A hosszú polimerláncok csak minimális monomerkoncentráció felett és egy bizonyos hőmérséklet alatt alakulnak ki. A szupramolekuláris láncpolimerizáció kovalens analógjának eléréséhez azonban nehéz előfeltétel a megfelelő monomerek megtervezése, amelyek csak iniciátorok hatására polimerizálódhatnak. A közelmúltban bemutattak egy példát az "élő" tulajdonságokkal rendelkező szupramolekuláris polimerizációra. Ebben az esetben egy bolus alakú monomer, amelynek oldalláncai egy amidhoz kapcsolódnak, kinetikailag kedvelt intramolekuláris hidrogénkötési hálózatot képez, és szobahőmérsékleten spontán nem megy át szupramolekuláris polimerizáción. A monomer N-metilezett változata azonban iniciátorként szolgál azáltal, hogy megnyitja az intramolekuláris hidrogénkötési hálózatot a szupramolekuláris polimerizációhoz, akárcsak a kovalens gyűrűnyitási polimerizáció. A láncvég ebben az esetben aktív marad a szupramolekuláris polimer további meghosszabbítása érdekében, ezért a láncmechanizmus lehetővé teszi a szupramolekuláris polimer anyagok pontos szabályozását.
Ez a szupramolekuláris láncpolimerizáció speciális kategóriája, amelyben a monomer csak a polimerizáció korai szakaszában gócképződik, hogy "magokat" generáljon, és a polimerizáció után aktívvá válik a polimerlánc meghosszabbításához. A másodlagos magképződés a legtöbb esetben elnyomott, és ezáltal lehetővé teszi a kapott szupramolekuláris polimer keskeny polidiszperzitásának elérését. 2007-ben Ian Manners és Mitchell A. Winnik bevezették ezt a koncepciót, egy monomerként poliferrocenil-dimetil-szilán-poli-izoprén diblock kopolimert használva, amely hengeres micellákká áll össze. Ha a monomer friss adagját adjuk az ultrahanggal kezelt micellás "magokhoz", akkor a polimerizáció élénken kezdődik. Ezt a módszert "kristályosítás-vezérelt ön-összeszerelésnek" (CDSA) nevezték el, és alkalmazható anizotrop szupramolekuláris struktúrák felépítésére mikrométeres skálán az 1D-3D-ben. Fogalmilag más magvú szupramolekuláris polimerizációt mutat be Kazunori Sugiyasu porfirin alapú monomerben, amely amidhoz kapcsolódó hosszú alkiláncokat tartalmaz. Alacsony hőmérsékleten ez a monomer előnyösen gömb alakú J aggregátumokat képez, míg a rostos H magasabb hőmérsékleten aggregálódik. A J aggregátumok ("magok") szonikált keverékének hozzáadásával a J aggregátum részecskék koncentrált oldatába hosszú rostokat készíthetünk élő mag szupramolekuláris polimerizációval. Frank Würthner a perilén-bizimid monomerként hasonló magvú szupramolekuláris polimerizációját hajtotta végre. Fontos, hogy a magok közötti szupramolekuláris polimerizáció alkalmazható a szupramolekuláris blokk- kopolimerek előállítására is .
Az egyszeres, kettős, hármas vagy négyszeres hidrogénkötés kialakítására alkalmas monomereket szupramolekuláris polimerek előállítására használták, és nyilvánvalóan megnövekedett monomer asszociáció lehetséges, ha a monomerekben a hidrogénkötés donor / akceptor egységek maximális száma van. Például egy ureidopirimidinon-alapú monomer, önkomplementer négyszeres hidrogénkötési végekkel, oldatban polimerizálódik, a szokásos polimerelmélet szerint, és szobahőmérsékleten kifejezett viszkoelasztikus jelleget mutat.
A szupramolekuláris polimerek előállításához aromás egységeket tartalmazó monomereket, például bisz (merocianint), oligót ( para- fenilénevinilént) (OPV), perilén-bizimidet (PBI), cianin festéket, korannulént és nano-grafén származékokat használtak. Bizonyos esetekben a központi aromás egységhez kapcsolódó hidrogénkötés oldalláncok segítenek a monomert szilárdan megtartani a szupramolekuláris polimerben. Figyelemre méltó rendszer ebben a kategóriában a szupramolekuláris polimer nanocsövek, amelyeket a Hexa- peri- amfifil hexabenzokoronén (HBC) szupramolekuláris polimerizációja képez. Általában a nanocsövek morfológiailag 1D objektumokként vannak besorolva, falaik azonban 2D geometriát alkalmaznak, ezért más tervezési stratégiát igényelnek. A poláros oldószerekben lévő HBC-amfifilek szolofob módon 2D kétrétegű membrángá alakulnak, amely spirális csíkká vagy nanocsöves polimorrá alakul át. A ciánfesték és a cinkklórfesték alapú, fogalmilag hasonló amfifilek is vízben polimerizálódnak, nanotubuláris szupramolekuláris polimereket eredményezve.
Különböző szupramolekuláris polimerek alkalmazásával lehet szintetizálni monomerek komplementer host-host kötési egység, mint például a koronaéterek / ammónium-ionok, cucurbiturils / viologens , kalixarén / viologens, ciklodextrinek / adamantán -származékok és a pillér származékok. Arén / imidazólium [30-33]. Ha a monomerek "heteroditopikusak", szupramolekuláris kopolimerek keletkeznek , feltéve, hogy a monomerek nem homopolimerizálódnak. Akira Harada az elsők között ismerte fel a polimerek és a ciklodextrinek kombinálásának fontosságát. Feihe Huang két heteroditópos monomerből álló váltakozó szupramolekuláris kopolimer példáját mutatta be, amelyek mind koronaéter, mind ammóniumion végeket tartalmaznak. Takeharo Haino a szekvencia szabályozásának extrém példáját mutatta be egy szupramolekuláris kopolimerben, ahol három heteroditópos monomer van elrendezve egy ABC blokkban a kopolimer lánc mentén. A tervezési stratégia három különálló, kölcsönhatással; a gömb (calix [5] arén / C60), a donor-akceptor (biszporfirin / trinitrofluorenon) és a Hamilton-hidrogénkötés kölcsönhatások kulcsfontosságúak a magas ortogonalitás elérésében és a szupramolekuláris ABC terpolimer kialakításában.
A királis monomer sztereokémiai információi szupramolekuláris polimerben fejezhetők ki. A P és M konformációú spirális szupramolekuláris polimerek széles körben megfigyelhetők, különösen azok, amelyek korong alakú monomerekből állnak. Amikor a monomerek achirálisak, a P és M hélixek azonos mennyiségben képződnek. Ha a monomerek királisak, jellemzően egy vagy több sztereocentrum jelenléte miatt az oldalláncokban, a P és M hélixek közötti diasztereomer kapcsolat az egyik konformáció előnyben részesítéséhez vezet a másikkal szemben. Egy tipikus példa a királis C 3- szimmetrikus tárcsa-alakú monomert képező spirális szupramolekuláris polimerek keresztül „többségi szabály”. A királis monomer egy enantiomerjének enyhe feleslege a szupramolekuláris polimer szintjén erős polarizációt eredményez a jobb vagy a bal spirális geometria felé. Ebben az esetben, egy jellegzetes nem lineáris függését az anizotrop faktor, g , a enantiomerfelesleg egy királis monomer figyelhető meg. A kis molekulájú királis rendszerhez hasonlóan a szupramolekuláris polimer kiralitását a királis oldószerek is befolyásolják. Az aszimmetrikus szintézis és a körkörösen polarizált lumineszcencia katalizátorként történő alkalmazásokat királis szupramolekuláris polimerekben is megfigyelnek.
Egy kopolimer több monomer fajból képződik. Fejlett polimerizációs technikákat hoztak létre a kovalens kopolimerek előállítására, de a szupramolekuláris kopolimerek még mindig gyerekcipőben járnak. Az elmúlt években a szupramolekuláris kopolimerek minden lehetséges kategóriáját azonosították, például véletlenszerű, váltakozó, blokkoló vagy periodikus.
Az elmúlt 30 évben a szupramolekuláris polimerek területe a polimertudomány egy nagyon fontos új ágává nőtte ki magát. Számos kutatási tevékenységet vonzott világszerte az egyetemeken és az ipari laboratóriumokban. Új, dinamikus, különféle rendellenes tulajdonságokkal rendelkező anyagok kerülnek az anyaggyártás területére. Számos alkalmazás elérhetővé vált a fenntarthatóság (egyszerű feldolgozás és újrahasznosítás), az elektronika és az orvostudomány, valamint a kozmetikumok területén.
A szupramolekuláris polimerek egyik fontos tulajdonsága reverzibilis kölcsönhatásuk a monomer hálózatban. Amikor a monomerek közötti kölcsönhatás elég erős, érdekes anyagtulajdonságokra lehet számítani. A szupramolekuláris polimer termodinamikai stabilitása az asszociációs állandó, K ass . Amikor K ass ≤ 10 4 M -1 , a polimer aggregátumok jellemzően kis méretűek, és amikor K ass ≥ 10 10 M -1 , a szupramolekuláris polimer kovalens polimerként viselkedik a dinamika hiánya miatt. Így a funkcionális szupramolekuláris polimerek előállításához optimális K ass = 10 4 - 10 10 M -1 értéket kell elérni. A szupramolekuláris polimerek dinamikáját és stabilitását gyakran befolyásolja az adalékanyagok (pl. Társoldószer vagy láncdugó) hatása. Ha egy oldószert, például kloroformot adunk egy szupramolekuláris polimerhez, gyenge oldószerben, például heptánban, a polimer szétesik. Bizonyos esetekben azonban a társoldószerek hozzájárulnak a szupramolekuláris polimer stabilizálásához / destabilizálásához. Például a hidrogénkötéses porfirin-alapú monomer szupramolekuláris polimerizációja egy szénhidrogén-oldószerben, amely egy percnyi hidrogénkötést eltávolító alkoholt tartalmaz, különböző képződési utakat mutat, azaz a polimerizációt hűtés és melegítés egyaránt elősegíti, és "kettéosztott termikus" néven ismert. szupramolekuláris polimerizáció ". Egy másik példában a nem poláros oldószerekben, például metil-ciklohexánban oldott vízmolekulák kisebb mennyiségei alacsonyabb hőmérsékleten a szupramolekuláris polimer részévé válnak, a monomer és a víz közötti specifikus hidrogénkötési kölcsönhatás miatt.
A szupramolekuláris polimerek egyik lenyűgöző tulajdonsága, hogy törés esetén képesek öngyógyulni. A Ludwik Leibler által bevezetett vitrimer szupramolekuláris gumi öngyógyulhat egyszerűen az anyag két törött élének egymásba szorításával. Ebben az esetben törések történnek, amikor az anyag monomerjei közötti hidrogénkötések megszakadnak; a törés széleinek közelebb hozása lehetővé teszi a hidrogénkötések megreformálódását, lezárva a rést. Lenyűgöző, hogy a hidrogénkötések dinamikus viselkedése nem veszélyezteti az anyag tulajdonságait. Az anyag nagy mechanikai szilárdsága és az öngyógyító képesség általában kizárják egymást. Így egy üvegtest, amely szobahőmérsékleten képes öngyógyulni, a közelmúltig kihívás maradt. Takuzo Aida bemutatott egy szupramolekulárisan polimerizált oligomer tiokarbamid-éterből álló innovatív polimer üveget, amely mechanikailag robosztus ( e = 1,4 GPa), de akár szobahőmérsékleten is képes öngyógyulni, csak a törött felületeken történő összenyomásával. Az öngyógyító polimer üveg feltalálása frissítette azt az előzetes elképzelést, miszerint csak puha gumiszerű anyagok gyógyíthatnak.
Egy másik stratégia kétértékű poli (izobutilént) (PIB) használ bifunkcionált barbitursavval . A karbonilcsoport és a barbitursav amidcsoportja között több hidrogénkötés létezik, amely lehetővé teszi a szupramolekuláris hálózat kialakulását. Ebben az esetben a kisméretű vágott PIB-alapú lemezek több órás szobahőmérsékleten történő érintkezés után helyreállhatnak a mechanikai sérülésekből.
Koordinációs komplexeket tartalmazó kovalens polimereket is tanulmányoztak öngyógyító anyagok előállítására. A katekol és a vasionok összehangoló kölcsönhatásait felhasználva a kutatók öngyógyító szupramolekuláris polimereket fejlesztettek ki, amelyeket pH szabályozott . A mono-, bisz- és triszkatehol-Fe 3+ komplexek képződése pH-val manipulálható, amelyek közül a bisz- és triszkateh-Fe 3+ komplexek rugalmas modulusokkal, valamint öngyógyító képességgel rendelkeznek. Például a triscatehchol-Fe 3+ szakadás után visszanyerheti kohézióját és alakját. A poliimidláncok és a pirénegységek által lezárt láncok összecsukása szupramolekuláris hálózatokat eredményez.
A fénytöltés-átalakítás a mesterséges fotoszintézis rendszerek megvalósításának előzetes lépése . Az elektrondonorok és az elektron-akceptorok szupramolekuláris polimerekbe történő beépítésével számos mesterséges rendszer, köztük egy fotoszintézis-rendszer is felépíthető. Egynél több kölcsönhatás (π-π kölcsönhatás, hidrogénkötés kölcsönhatás és mások) miatt az elektrondonor és az elektron akceptor megfelelő közelségben tarthatók, hogy az állapotok elkülöníthessék a hosszú élettartamú terhelést. Ezután egy fény töltésű konverziós rendszer gyorsabb fotoindukált elektrontranszferrel és magasabb elektrontranszfer hatékonysággal érhető el ezekben a mesterséges polimerekben.
Elég gyakori, hogy a biomolekulák , például a DNS , a fehérje és hasonlók, különböző, nem kovalens kölcsönhatások révén jelennek meg a biológiai rendszerben . Hasonlóképpen a szupramolekuláris polimerek nem kovalens kölcsönhatások kombinációjával gyülekeznek. A képződés ilyen formája tulajdonságokat ad a szupramolekuláris polimereknek, mivel érzékenyebbek a külső ingerekre, és képesek megfordítani a szerkezetek és funkciók dinamikus változását. A szupramolekuláris polimerek monomer egységeinek vízoldható medálokkal, bioaktív részekkel és biomarkerekkel történő módosításával a szupramolekuláris polimerek különféle funkciókat és alkalmazásokat érhetnek el a biomedicina területén. Ugyanakkor reverzibilis és dinamikus jellege biológiailag lebonthatóvá teszi a szupramolekuláris polimereket, leküzdve a nehezen lebomló kovalens polimerek problémáját, és a szupramolekuláris polimereket ígéretes platformjává teszi a biomedicina alkalmazásának . Ha biológiai környezetben lebomlik, az csökkenti a polimerek potenciális toxicitását , ezért javítja a szupramolekuláris polimerek biokompatibilitását.
A kiváló jellegét biológiai lebomlás és biokompatibilitás , szupramolekuláris polimerek nagy potenciált mutatnak a fejlesztés gyógyszeradagoló, gén transzfekció és más orvosbiológiai alkalmazások.
Gyógyszeradagolás: Több sejtes inger válaszokat indukálhat a szupramolekuláris polimerekben. A szupramolekuláris polimerek dinamikus molekuláris gerincét depolimerizálhatjuk külső stimulusoknak, például in vivo pH-nak kitéve . Ezen tulajdonság alapján a szupramolekuláris polimerek képesek gyógyszerhordozók lenni. A nukleobázisok közötti hidrogénkötések alkalmazása indukálhatja azok pH-érzékeny gömb micellákba történő önfelépülését .
Gene transzfekció : A hatékony, alacsony toxicitású, nem-virális kationos vektorok nagyon kívánatos a területén génterápia . Dinamikus és ingerekre érzékeny tulajdonságaik miatt a szupramolekuláris polimerek kényszerítő platformot kínálnak a géntranszfekció vektorainak felépítésére. Kombinálása dimerek a ferrocén és β- ciklodextrin , egy szupramolekuláris polimer rendszer, hogy a tulajdonságok redox javasolták, mint egy vektor. A COS-7 sejtekben ez a szupramolekuláris polimer vektor hidrogén-peroxidnak kitéve képes felszabadítani a befogott DNS-t, és géntranszfekciót eredményezhet.
A specifikus, irányított, hangolható és reverzibilis, nem kovalens kölcsönhatásokkal rendelkező szupramolekuláris polimerek várhatóan előnyösek lesznek biológiai anyagok, valamint biomedicina alkalmazások esetében. Például a szupramolekuláris polimerek reverzibilis jellege olyan biomasszákat képes előállítani, amelyek képesek érzékelni a fiziológiai jeleket és reagálni azokra, vagy amelyek utánozzák a biológiai jelátvitel strukturális és funkcionális aspektusait. Kialakulási mechanizmusaik alapján a szupramolekuláris biológiai anyagok nagyjából a következőkbe sorolhatók:
A racionálisan tervezett szupramolekuláris polimerek egyszerre képesek megfelelni a vízzel való kompatibilitás, a biológiai lebonthatóság, a biokompatibilitás, az ingerekre való reagálás és más szigorú követelményeknek. Ezért a szupramolekuláris polimerek robosztus rendszerként alkalmazhatók az orvosbiológiai területen. A fent említett alkalmazásokon kívül más fontos és lenyűgöző orvosbiológiai alkalmazások is jól fejlettek , mint a fehérjeszállítás, a bioképalkotás , a diagnosztika és a szöveti technika .
Az idő múlásával a szupramolekuláris polimerizációs módszerek kiszélesedtek és a használható monomerek köre diverzifikálódott. A rengeteg molekuláris motívum mellett a közelmúltban biomolekulákat, például DNS-t, DNS-nanoszerkezeteket és fehérjéket, valamint szervetlen tárgyakat, mint rendhagyó monomereket vizsgáltak a szupramolekuláris polimerizáció szempontjából. Mindezekben az esetekben a monomerek sokkal nagyobb méretűek, jellemzően több nanométeresek, és a nem kovalens kölcsönhatások eltérnek a hidrogénkötéstől, a gazda-vendég és a fém koordinációtól. Figyelemre méltó példa az ATP-re érzékeny biomolekuláris gépek, a GroEL kaperonin , Mg 2+ segítésével megvalósított multivalens szupramolekuláris polimerizáció , amely nagyon stabil fehérje nanocsövet eredményez. Fontos, hogy ez a nanocső ATPáz-aktivitást mutat és rövid láncú oligomerekké disszociál, ha ATP-vel kezeljük, az alkotó GroEL egységek nyitó / záró mozgása miatt.
Általában oldatban előállított szupramolekuláris polimerek. Rendellenes polimer tulajdonságokra számíthatunk azonban, ha ezeket a polimereket hagyományos szerves vagy vizes közeg nélkül állítják elő. Például a folyadékkristályos közegek befolyásolhatják a szupramolekuláris polimerizáció elemi szakaszait, amint azt Takashi Kato 1998-ban kimutatta, a fizikai folyadékkristályos gélt képző gélképző anyagok szupramolekuláris térhálósító polimerizációjában. Ha a monomereket úgy tervezzük, hogy erősen affinitívak legyenek a folyadékkristályos közeggel, a szupramolekuláris polimerizáció fázisátalakulást eredményez, amely növeli a molekulaszervezetet, ami hengeres szerkezetű folyadékkristályokat eredményez. A szupramolekuláris polimerek szilárd állapotban is előállíthatók, például egy monomerrel, mint telehelikus oligomerrel, amely egy nukleobázishoz kapcsolódik, és ennek eredményeként 1D szálak képződnek olvadt fázisának lehűlésével. Új anyagosztályként az elektródán és a határfelületen képződött szupramolekuláris polimerek is elérhetővé válnak.