Beholder i nanostørrelse med fotoswitche frigiver last ved bestråling

Forskere ved Tokyo Tech har udviklet en beholder i nanostørrelse med fotoswitches, der optager hydrofobe forbindelser af forskellig størrelse og form i vand og efterfølgende frigiver dem kvantitativt ved ikke-invasiv lysstimulus. De installerede kontakter tillader genbrug af containeren efter vellykket frigivelse af lasten. Det nye system repræsenterer en alsidig platform for fremtidige udviklinger inden for områder som materialekemi og biomedicin.

Forskere ved Tokyo Techs Laboratory for Chemistry and Life Science har udviklet en nanobeholder af micelle-typen, der kan skiftes mellem dens samlede og adskilte tilstand via simpel lysbestråling. Lysstimulus inducerer en strukturel ændring i de amfifile underenheder, som lukker deres integrerede bindingslomme og samtidig resulterer i adskillelse (se figur 2).

I en nylig udgivelse i Naturkommunikation , Lorenzo Catti (JSPS/Humboldt postdoc-stipendiat), Natsuki Kishida, Michito Yoshizawa og kolleger demonstrerer med succes, hvordan man kombinerer brugen af ​​vand og lys, begge vigtige ingredienser for livet, i et miljøvenligt leveringssystem. "Vand og lys er rigelige og rene ressourcer på jorden, "Dr. Yoshizawa siger. "Aktiv brug af dem begge i syntetisk kemi og materialekemi er sjældent blevet opnået hidtil, men er en presserende nødvendighed for udviklingen af ​​bæredygtige moderne teknologier."

Præstationen er baseret på en lille designændring i underenheden af ​​den nanostørrelsesbeholder. Ved at flytte de to polyaromatiske paneler på en tidligere amfifil forbindelse (figur 2, venstre) et carbonatom tættere på hinanden, forfatterne muliggjorde en fotokemisk reaktion mellem panelerne, der resulterer i kvantitativ lukning af bindingslommen (figur 2, ret). Ud over, gruppen var i stand til at vise, at denne reaktion er delvist og fuldstændig reversibel ved lysbestråling og opvarmning, henholdsvis.

Undersøgelsen er en del af koncernens igangværende udviklingsindsats mod miljøvenlige nanoflaskesystemer med kontrollerbar funktionalitet. Det nye system kan betragtes som en "aromatisk micelle, "et koncept, der blev introduceret af gruppen i 2013.

Optagelse af vanduopløselige gæstemolekyler i beholderen viste sig at være let opnåelig via en simpel slibningsprotokol. Tilsætning af vand til de resulterende faste stoffer gav karakteristisk farvede opløsninger, som viste UV-synlige absorptionsbånd, der kan tildeles de bundne gæstemolekyler. Den fleksible karakter af nano-beholderen tillod optagelsen af ​​en bred vifte af forbindelser, såsom stavformede og plane farvestoffer og sfæriske fullerener, i vand. Kvantitativ frigivelse af gæsteforbindelserne kunne opnås via bestråling af den vandige opløsning i 10 minutter ved stuetemperatur. Den frigivne, vanduopløselige gæster kunne desuden med held genvindes via simpel filtrering, giver anledning til en klar farveløs opløsning, der kun indeholder de lukkede amfifiler.

"I en biomedicinsk sammenhæng, det udviklede system har store løfter for fremtidige fremskridt inden for ikke-invasiv levering af biomolekyler og syntetiske lægemidler, " Dr. Yoshizawa konkluderede. Fremtidige forbedringer af systemet er rettet mod at tillade en svagere lyskilde til bestråling, hvilket vil bringe systemet et skridt tættere på den forudsete in-vivo leveringsapplikation.