Adhæsiv adfærd af selvkonstruktive materialer målt første gang

Når man bygger med molekyler, det er vigtigt at forstå, hvordan de holder sig til hinanden. Problemet er, at de metoder, der bruges til at måle dette, selv er en indflydelsesfaktor på processen. I dagens Naturkommunikation , forskere ved TU Eindhoven, ledet af professor Bert Meijer, præsentere en metode, der udelukker denne påvirkning, og som kan måle, hvor hurtigt små molekyler løsner sig fra en større molekylær enhed opløst i vand. Det specielle ved denne metode er, at den normalt bruges til en helt anden anvendelse.

Før en bilmekaniker kan lave en bil, han har brug for at vide om bestanddelene. Det samme gælder for 'bygning' med molekyler, for eksempel, at skabe kapsler til at transportere lægemidler gennem den menneskelige krop eller at lave en medicinsk hydrogel til lokal lægemiddellevering og stamcelleterapi.

Monomerer til polymerer

Sådanne kapsler eller materialer er tilbøjelige til at være lavet af polymerer, der, på tur, er bygget af mindre byggeklodser, eller monomerer. I selvsamlende molekyler danner disse monomerer polymerer af sig selv, i form af lange tråde eller små pellets, hvori lægemidler kan transporteres.

Monomererne i disse selvsamlende, supramolekylære polymerer er ikke knyttet til hinanden, men klæber let til hinanden. Dette giver monomererne mulighed for at løsne sig fra og genhæfte til polymeren. Omgivelsestemperaturen eller surhedsgraden (pH) har indflydelse på denne mobilitet. Så det er vigtigt for forskere eller producenter at vide om dette, hvis de ønsker at anvende kapsler i menneskekroppen, hvor temperaturen og surhedsgraden ikke er den samme overalt.

Deuterium i stedet for farvestof

Måling af en sådan mobilitet sker normalt ved at koble et farvestof til molekylet, men problemet med dette er, at farvestoffet er tungere end molekylet og dermed har indflydelse på selve bevægelsen. Doktorand René Lafleur, sammen med kollega Xianwen Lou, har nu påvist, at dette ikke er tilfældet ved anvendelse af 'hydrogen/deuterium-udvekslings-massespektrometri'-metoden. Denne metode er allerede brugt til at studere foldning af proteiner - også en type polymer - men er indtil dato ikke blevet brugt til denne applikation.

Så hvordan virker det? Når de monomerer, der er blevet opløst i vand, har klæbet til hinanden og dannet en polymer, forskerne opløser dem i tungt vand. Monomererne, der løsner sig fra polymeren, kommer i kontakt med deuteriumet i det tunge vand, hvorved hydrogenatomet er erstattet af et deuteriumatom, som bare er en smule tungere. Den ekstra vægt, imidlertid, er omkring 450 gange mindre end det farvestof, der i øjeblikket anvendes, og så denne ekstra vægt påvirker ikke mobiliteten.

Mindre bevægelser kan måles

Den lille ændring i massen kan detekteres af Lafleur og Lou, og det kan måles igen, når monomeren genhæfter til polymeren. Den hastighed, hvormed monomererne stiger i masse, giver derfor et mål for den hastighed, hvormed monomererne løsnes fra polymeren.

Et særligt aspekt af forskningsresultaterne er, at mens mange monomerer løsner sig fra polymeren i løbet af få minutter og dermed øges i masse, andre har brug for en periode på timer eller endda dage til at gøre det. Ud over, forskerne har påvist, at en lille ændring i størrelsen af ​​monomeren påvirker mobiliteten. Større monomerer forbliver i polymeren i længere tid og er mindre hurtigt mobile end mindre monomerer. Disse forskelle kunne ikke måles før, fordi de anvendte farvestofmolekyler var for store; HDX-MS metoden kan nu endda måle effekten af ​​de små forskelle i molekylestørrelse på molekylernes mobilitet.