Forskere kopierer melanindannelsesprocesser for at fremstille multifunktionelle organiske pigmenter

Forskerholdet af Seon-ki Hong, professor ved Institut for Fysik og Kemi ved Daegu Gyeongbuk Institut for Videnskab og Teknologi (DGIST), har udviklet Progressive Assembly på en Initiator-loaded Template (PAINT) teknologi, der lokalt kan fremstille multi- funktionelle organiske pigmenter på ønskede områder ved at kopiere naturlige melanindannelsesprocesser.

Melanin, et naturligt pigment, kan klæbe til forskellige overflader, uanset type, takket være dets høje undervandsadhæsive egenskaber, der tilskrives adskillige katekolfunktionelle grupper, svarende til klæbende proteiner i muslinger. Nye multifunktionelle organiske materialer, der kopierer disse unikke egenskaber, er for nylig blevet udviklet og bredt anvendt på forskellige områder.

Men under processen med at skabe nye elementer ved at integrere nye organiske materialer med forskellige materialegrupper, stod forskere over for udfordringer, da utilsigtede områder blev belagt med organisk materiale på grund af de klæbende egenskaber, der er den unikke fordel ved disse nye organiske materialer.

For at overvinde disse udfordringer brugte forskere fotolitografi til at specificere belægningsstedet. Denne metode har dog ulemper, såsom involvering af komplekse flertrinsreaktioner og behovet for at bruge dyrt udstyr.

For at løse disse problemer undersøgte professor Hongs forskerhold dannelsesprocesserne af naturligt melanin og fandt ud af, at den katalytiske aktivitet af proteinskabelonen signifikant påvirker processen med at specificere mønsterdannelsesplaceringen. Resultaterne er publiceret i tidsskriftet Nature Communications .

Baseret på de analytiske resultater gennemførte holdet et eksperiment om syntesereaktionen af ​​organiske pigmenter, der kopierer den naturlige melanindannelsesproces. Organiske pigmenter blev produceret ved at starte syntesereaktionen på overfladen, der oprindeligt blev modificeret til at have lokaliseret katalytisk aktivitet.

Forskerholdet bekræftede, at organiske pigmenter ikke havde spredt sig til naboregioner baseret på fremragende klæbeegenskaber, og at de kun adhærerede selektivt og frivilligt til de initierede områder for at danne mønstre.

Organiske pigmentmønstre lokalt dannet på overfladen udviste brede optiske absorptionsegenskaber i de ultraviolette, synlige og nær-infrarøde spektralområder, svarende til naturlig melanin. Det absorberede nær-infrarøde lys blev spontant omdannet til termisk energi af materialet og genererede lokaliseret varme. Forskerholdet bekræftede, at disse processer kan anvendes til at inducere selektiv celledød på overfladen eller til at drive aktuatorer.

Prof. Hong udtalte:"PAINT-teknologien, som vi udviklede i denne forskning, er en ny teknologi, der selektivt kan påføre materialer med universelle klæbeegenskaber til kun ønskede områder."

Hun tilføjede:"Vi forventer, at PAINT-teknologien vil etablere grundlaget for udviklingen af ​​nye melanin-lignende organiske materialer, der anvender melanins egenskaber, såsom fremragende optisk absorption, aktivitet af fjernelse af reaktive oxygenarter og biokompatibilitet."

Flere oplysninger: Haejin Jeong et al., Stedspecifik fremstilling af et melaninlignende pigment gennem rumligt begrænset progressiv samling på en initiator-indlæst skabelon, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-38622-2

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology