När man bygger med molekyler, det är viktigt att förstå hur de håller sig till varandra. Problemet är att de metoder som används för att mäta detta själva är en påverkande faktor på processen. I dagens Naturkommunikation , forskare vid TU Eindhoven, ledd av professor Bert Meijer, presentera en metod som utesluter denna påverkan och som kan mäta hur snabbt små molekyler lossnar från en större molekylär enhet löst i vatten. Det som är speciellt med denna metod är att den normalt används för en helt annan applikation.

Innan en bilmekaniker kan göra en bil, han behöver veta om de ingående komponenterna. Detsamma gäller att "bygga" med molekyler, till exempel, att skapa kapslar för att transportera läkemedel genom människokroppen eller för att göra en medicinsk hydrogel för lokal läkemedelstillförsel och stamcellsterapi.

Monomerer för polymerer

Sådana kapslar eller material tenderar att vara gjorda av polymerer som, i tur och ordning, är konstruerade av mindre byggstenar, eller monomerer. I självmonterande molekyler bildar dessa monomerer polymerer av sig själva, till exempel i form av långa trådar eller små pellets där droger kan transporteras.

Monomererna i dessa självmonterande, supramolekylära polymerer är inte fästa vid varandra utan fastnar lätt vid varandra. Detta ger monomererna utrymme att lossna från och åter fästa till polymeren. Den omgivande temperaturen eller surheten (pH) påverkar denna rörlighet. Så det är viktigt för forskare eller tillverkare att veta om detta om de vill använda kapslar i människokroppen där temperaturen och surhetsgraden inte är desamma överallt.

Deuterium istället för färgämne

Att mäta sådan rörlighet görs vanligtvis genom att koppla ett färgämne till molekylen men problemet med detta är att färgämnet är tyngre än molekylen och därmed påverkar själva rörelsen. Doktorand René Lafleur, tillsammans med kollegan Xianwen Lou, har nu visat att så inte är fallet när man använder metoden "väte/deuteriumutbytesmasspektrometri". Denna metod används redan för att studera veckningen av proteiner - också en typ av polymer - men har hittills inte använts för denna applikation.

Så hur fungerar det? När monomererna som har lösts i vatten har fastnat vid varandra och bildat en polymer, forskarna löser upp dem i tungt vatten. Monomererna som lossnar från polymeren kommer i kontakt med deuteriumet i tungvattnet, varigenom väteatomen ersätts av en deuteriumatom, som bara är lite tyngre. Den extra vikten, dock, är cirka 450 gånger mindre än det färgämne som för närvarande används, och så denna extra vikt påverkar inte rörligheten.

Mindre rörelser kan mätas

Den lilla förändringen i massa kan upptäckas av Lafleur och Lou, och det kan mätas igen när monomeren åter fäster till polymeren. Hastigheten med vilken monomererna ökar i massa ger därför ett mått på den hastighet med vilken monomererna lossnar från polymeren.

En speciell aspekt av forskningsresultaten är att medan många monomerer lossnar från polymeren inom några minuter och därmed ökar i massa, andra behöver en period av timmar eller till och med dagar för att göra det. Dessutom, forskarna har visat att en liten förändring i storleken på monomeren påverkar rörligheten. Större monomerer finns kvar i polymeren längre och är mindre rörliga än mindre monomerer. Dessa skillnader kunde inte mätas tidigare eftersom de färgämnesmolekyler som användes var för stora; HDX-MS-metoden kan nu till och med mäta effekten av de små skillnaderna i molekylstorlek på molekylernas rörlighet.