McGill University forskare har kemiskt präglade polymerpartiklar med DNA-strängar - en teknik som kan leda till nya material för tillämpningar som sträcker sig från biomedicin till det lovande området "mjuk robotik".

I en studie publicerad i Naturkemi , forskarna beskriver en metod för att skapa asymmetriska polymerpartiklar som binder samman på ett rumsligt definierat sätt, hur atomer går samman för att bilda molekyler.

Även om polymerer används i allt från kläder och livsmedelsförpackningar till 3D-utskrift och elektronik, de flesta självmonterade polymerstrukturer har begränsats till symmetriska former såsom sfäriska eller cylindriska former. Nyligen, dock, Forskare har fokuserat på att skapa icke-symmetriska polymerstrukturer - till exempel "Janus"-partiklar med två olika "ansikter" - och de börjar upptäcka spännande nya tillämpningar för dessa material. Ett exempel:robotik gjord med mjuk, flexibla strukturer som kan ändra form som svar på yttre stimuli.

Metoden som beskrivs i Naturkemi paper "introducerar en programmerbar organisationsnivå som för närvarande är svår att uppnå inom polymerkemi, " säger McGill Kemiprofessor Hanadi Sleiman, senior författare till studien. "Kemiskt kopiera informationen i DNA -nanostrukturer erbjuder en kraftfull lösning på storleksproblemet, form och riktningskontroll för polymera material."

Använda DNA -burar som mögel

Den nya studien bygger på en teknik som utvecklades 2013 av Sleimans forskargrupp för att göra "burar" i nanoskala av DNA-strängar, och fyll dem med lipidliknande polymerkedjor som viker sig ihop till en kulformad partikel som kan innehålla last som läkemedelsmolekyler.

För att ta den nanotekniska bedriften ett steg längre, Sleiman och hennes doktorand Tuan Trinh slog sig ihop med kollegor vid University of Vermont och Texas A&M University i Qatar. Tillsammans, forskarna utvecklade en metod för att prägla polymerkulan med DNA-strängar arrangerade i förutformade riktningar. Burarna kan sedan lossas, lämnar efter sig DNA-präglade polymerpartiklar som kan sammanfogas själv - ungefär som DNA, sig själv - i fördesignade mönster. Eftersom DNA-burarna används som en "form" för att bygga polymerpartikeln, partikelstorleken och antalet molekylära enheter i polymeren kan kontrolleras exakt, säger Sleiman, som innehar Canada Research Chair in DNA Nanoscience.

De asymmetriska polymerstrukturerna kan så småningom användas i en rad applikationer, säger forskarna. Ett potentiellt exempel:polymerpartiklar med flera fack, med varje fack inkapslar ett annat läkemedel som kan levereras med olika stimuli vid olika tidpunkter. En annan möjlighet:porösa membran som är asymmetriska, så de leder molekylerna längs specifika vägar för att separera då.