Forskere får kontrol over syntesen af ​​bløde molekyler

Ved at få kontrol over formen, størrelse og sammensætning under syntetisk molekylesamling, forskere kan begynde at undersøge, hvordan disse faktorer påvirker funktionen af ​​bløde materialer. At finde disse svar kan hjælpe med at fremme virologi, udvikling af lægemiddellevering og oprettelse af nye materialer.

"Vi nærmede os dette nye forskningskoncept ikke ved at prøve at løse et problem, men ved at spørge, hvad der er muligt, når det kommer til syntese af bløde molekyler, " sagde Damien Guironnet, en kemisk og biomolekylær ingeniørprofessor ved University of Illinois i Urbana-Champaign og hovedforfatter af en ny undersøgelse. "Hvad nu hvis vi kan få kontrol over ting som form, størrelse og sammensætning under molekylær syntese - hvad betyder det?"

Resultaterne er rapporteret i Procedurer fra National Academy of Science .

Årevis, forskere har kæmpet for at afklare, hvordan nanopartikelform og størrelse påvirker deres adfærd i levende væv, sagde forskerne. "Størrelsen af ​​de syntetiske molekyler, vi skaber, svarer til størrelsen af ​​vira, " sagde Dylan Walsh, en kemisk og biomolekylær ingeniørstuderende og studiemedforfatter. "Observationer foretaget ved at kontrollere disse faktorer vil give forskere mulighed for at undersøge disse typer spørgsmål."

Holdet kombinerede klassiske kemiske synteseteknikker og grundlæggende kemitekniske principper. De introducerede præcis kontrol over polymerdannelsessekvensen via flowhastigheden af ​​de anvendte byggesten. Ved at ændre flowhastigheden, den nye proces kan give blødt stof med unikke arkitekturer, sagde forskerne.

"Vi bruger matematisk modellering til at forudsige formen, størrelse og sammensætning af molekyler, vi skaber og bruger computerstyret syntese i laboratoriet til at justere flowhastigheden af ​​de blandinger, der styrer polymerens arkitektur, " sagde Guironnet.

Forskerne mente, at det ikke var nok blot at sige, at de kan gøre dette - de var nødt til at bevise det.

"Vores matematiske modellering inkluderer ikke nogen antagelser, så der er virkelig ikke noget andet, der kan dannes end det, vi modellerer, men matematik er ikke noget, du kan se, " sagde Guironnet. "Form er noget, vi kan se, og vi var i stand til at verificere med mikroskopisk billeddannelse, at vi dannede polymerer i overensstemmelse med det, vi forudsagde."

Holdet opnåede dette med syntetiske molekyler, der er opløselige i organiske opløsningsmidler, men det næste trin vil være at bevæge sig over på vandopløselige molekyler. "Hvis vi virkelig ønsker at forstå vores immunrespons bedre og forbedre specificiteten af ​​levering af lægemidler, vi har brug for, at disse er vandopløselige, så de kan fungere i vores kroppe, " sagde Guironnet.

Forskerne betragter dette arbejde som et stort skridt fremad i udviklingen af ​​syntetisk polymervidenskab af blødt materiale.

"Vi har adgang til nye byggeklodser, og nu kan vi arbejde på at finde ud af, hvordan vi kan bruge disse blokke til at samle nye materialer på molekylært niveau, " sagde Walsh. "Vi opfatter det som at lege med Legos for at se, hvordan formen på de individuelle byggeklodser påvirker det endelige produkt."