Når kemi med grønt lys efterligner, hvad der sker i livet

Forskere ser ofte på, hvordan molekyler opfører sig i naturen for at hjælpe dem med at designe kemiske processer, og det er, hvad forskere fra QUT og Gent University gjorde for at skabe en grøn lysstabiliseret 3-D polymerstruktur, der folder sig selv ud, når den efterlades i mørke.

Holdet har rapporteret om dette verdensførste eksempel på en reversibel, lys-udløst proces til at folde polymerer til enkeltkædede nanopartikler Kemisk Videnskab .

Forskningen blev udført af hovedforfatter og QUT Ph.D. studerende Daniel Kodura, med QUT's Australian Research Council (ARC) DECRA Fellow Dr. Hendrik Frisch, Dr. Anja Goldmann, Ph.D. studerende Fabian Bloesser og ARC Laureate Fellow Professor Christopher Barner-Kowollik, fra Soft Matter Materials Laboratory i QUT's Center for Materials Science, i samarbejde med professor Filip Du Prez og Dr. Hannes Houck fra Polymer Chemistry Research-gruppen ved Gent Universitet, Belgien.

"Det, vi har gjort, er at se på proteiner, som er biologiske polymerer, der muliggør det meste af kemien i vores krops celler og er afgørende for livet, og efterligne med syntetiske polymerer en af ​​de måder, proteiner fungerer på, " sagde hr. Kodura.

Proteiner er store komplekse molekyler af aminosyrer, der er forbundet med hinanden i lange kæder, og disse kæder folder sig naturligt, nogle gange med et hjælpemolekyle, ind i en 3-D struktur, der udfører en funktion, som at få dine muskler til at bevæge sig.

"Det, vi gjorde, var at bruge grønt LED-lys som hjælper til at folde syntetiske polymerkæder til en struktur, " sagde han. "Lyset var brændstoffet til processen og, vigtigt, det holdt også strukturen stabil. Så længe lyset var tændt, strukturen holdt sin form. Uden lyset, i mørke og ved stuetemperatur, strukturen afslappet og udfoldet."

"Dette er aldrig blevet opnået før, " tilføjede Dr. Frisch. "Også, at folde kæderne med lys til en struktur og derefter folde dem ud i mørke kunne med succes gentages flere gange."

Professor Christopher Barner-Kowollik sagde, at den kemiske proces var "beslægtet med sin egen levende proces."

"Levende organismer har brug for at forbruge en energikilde, som lys, at overleve, og denne 3D-struktur er den samme. Den bruger lys som brændstof for at vedligeholde sig selv, " han sagde.

"Dette er et eksempel på grundlæggende, lærerig videnskab. Det viser, hvad der er muligt, når du bruger samspillet mellem lys og mørke til komplekse makromolekylære designs."

Dr. Goldmann sagde, mens videnskabsmænd har vist, hvordan man folder kemiske substrater med lys ind i en struktur, før "det altid har været permanent låst ind. Dette er det første eksempel på en virkelig lysstabiliseret 3-D enkeltstrenget polymerstruktur."

Det grundlæggende princip bag den kemiske proces er det samme som teammedlemmer, der tidligere blev brugt til at skabe, hvad de har kaldt lysstabiliserede dynamiske materialer (LSDM'er) - en ny klasse af materialer.

"Det, vi tidligere skabte, var noget, du kan se og røre ved, " Professor Du Prez og Dr. Houck sagde. "Dette er anderledes og omhandler transformationer på enkeltkædeniveau, betyder nanometerstørrelse, som kan være op til en milliardtedel af en meter, eller 100, 000 gange mindre end et menneskehår."

Hele papiret, Letdrevet dynamisk kovalent tværbinding af enkelte polymerkæder i ikke-ligevægtstilstande, er tilgængelig her. Chemical Science har valgt papiret som sin ChemSci Pick of the Week.