Kemiske ingeniører udvikler en ny klasse af multifunktionspræcisionspolymer

Forskere ved Imperial College London har udviklet en ny klasse af multifunktionelle sekvensdefinerede polymerer.

Et team af kemiske ingeniører og kemikere i Livingston-gruppen har brugt væskefasesyntese koblet til molekylær sigtning til at skabe en polymer med ekstraordinær molekylær præcision, der åbner nye muligheder for lægemiddellevering, nanoteknologi, og opbevaring af oplysninger.

Udgivet i dag i Naturkemi , dette papir beskriver en ny syntesemetode kendt som Nanostar Sieving, som gør det muligt for forskerne at have fuldstændig kontrol over sekvensen af ​​monomerer, der udgør den resulterende polyether (polyethylenglycol, eller PEG). Dette muliggør specifikke funktioner, såsom levering af kræftbekæmpende lægemidler til specifikke tumorsteder i menneskekroppen, og opbevaring af oplysninger i monomerrækkefølgen.

Sekvenser i naturen

Biopolymerer består af tusinder af molekyler eller mere, der forekommer naturligt i menneskekroppen; den mest kendte af disse er DNA. Naturen er i stand til at skabe disse ensartede sekvensstrukturer med et højt præcisionsniveau, og de giver strukturel og funktionel mangfoldighed, som er tilstrækkelig til at udføre en række funktioner inden for kroppen. Proteiner, som et eksempel, er lange kæder af aminosyrer, der er ansvarlige for flere funktioner såsom vækst og produktion af antistoffer.

Kemikere har udviklet syntetiske polymerer, der virker ved at efterligne disse naturlige sekvenser for at levere yderligere funktioner. Polyetere foretrækkes af læger og kirurger på grund af deres fremragende vandopløselighed og biokompatibilitet, hvilket gør dem perfekte til brug i medicin og kirurgi. Imidlertid har traditionelle metoder resulteret i polymerer, der mangler det samme præcisionsniveau, som findes i naturen, på grund af den begrænsede kontrol forskere har over produktionsprocessen.

Polymer PEGabet

Polymerer kan forstås som ord, og monomerer som de bogstaver, der danner ord. Regelmæssige syntetiske polymerer har kun ét 'bogstav', men kan være 'ord' af forskellig længde, for eksempel 'LL', 'LLL' eller 'LLLL'. Nogle gange bruges yderligere bogstaver som LLO eller OLL, men kemikere har kun løs kontrol over rækkefølgen og nummeret på bogstaverne.

Brug af Nanostar Sigtning, teamet på Imperial har været i stand til at udøve nøjagtig kontrol over sekvensen af ​​'bogstaver' og har brugt 4 forskellige PEG -monomerer til at stave LOLLOL og LONDON, i et polymeralfabet eller PEGabet. Denne fulde kontrol over den endelige polymerstruktur åbner vejen for en række anvendelser inden for lægemiddellevering, nanoteknologi og endda opbevaring af oplysninger.

Næste skridt

Dr. Ruijiao Dong, ledende forsker på projektet, sagde:"Det er et spændende stykke forskning, fordi vi er et skridt tættere på at skabe en veldefineret hierarkisk struktur, der efterligner det, der findes i naturen. Ved at udvikle en universel strategi for præcist at kontrollere sekvens i polymerer er vi i teorien i stand til at gøre mange ting, da sekvensen spiller en afgørende rolle i informationslagring og funktionsudtryk, tilbyder potentiale til en lang række applikationer. Vi er glade for at teste grænserne for dets funktionalitet med yderligere forskning, og at videreudvikle og automatisere Nanostar Sigtning. "

Teamet vil nu undersøge den praktiske anvendelse af denne nye polyether og eksperimentere med yderligere polymerer, med det mål at producere en bionedbrydelig version, og styring af 3-D-struktur af de endelige polymerer, samt udvikling af læse/skrive -metoder til informationslagring og automatisering af polymersyntesen.