Denna simulering visar lagren av paketen - ett svart yttre lager, en röd, utbytbart lager som förbinder de två, och det glasartade inre lagret i guld. Blå vattenmolekyler omger paketet. Kredit:Lucas Antony
Din kropp håller sina nervceller igång, immunsystemet fungerar och serotonin flödar med en smart bit av ingenjörskonst:små kapslar som levererar signalmolekyler från plats till plats i kroppen.
Ett team inklusive University of Chicago-ingenjören Juan de Pablo meddelade förra veckan i Nature Chemistry att de har skapat ett recept för att efterlikna dessa kapslar. Deras lilla, återförslutningsbara syntetiska paket, som Ziploc-väskor, släpp ut sitt innehåll på kö – i det här fallet, när de utsätts för ljus av en viss våglängd. Sådan teknik kan vara användbar för medicin eller andra tillämpningar, sa forskare.
"Man skulle kunna tänka sig att göra dessa för att skräddarsy medicin till specifika delar av kroppen, eller för att släppa ut gödningsmedel eller rengöringskemikalier i jorden, till exempel, sa de Pablo, Liew familjeprofessor vid University of Chicagos Institute for Molecular Engineering.
Laget, som också inkluderade forskare från University of Massachusetts, designade ett ihåligt syntetiskt paket som bara är tiotals till hundratals nanometer i diameter - så litet att tusentals kunde sitta sida vid sida under perioden i slutet av denna mening. Dess hud består av ett dubbelt lager av två långa molekyler som kallas polymerer:Det yttre svålet är vattenlösligt, medan det inre lagret är ett glasartat material som bildar en styv vägg. De två polymererna är sammanlänkade av en enda molekyl som reagerar på ljus genom att ändra dess form.
När forskare lyser på paketet, de länkande molekylerna ändrar form, mjuka upp det glasartade materialet som sitter under och låta innehållet i paketet glida ut. När ljuset släcks, glaset stelnar igen och förpackningen återförsluts.
En transmissionselektronmikroskopbild av paketen; båda hudlagren är synliga. För jämförelse, en nanometer handlar om hur mycket dina naglar växer på en sekund. Kredit:Poornima Rangadurai
Forskarna föreställer sig tillämpningar som riktade medicinska behandlingar:Fyll paketen med medicin, vänta tills de cirkulerar i kroppen, skin sedan ett ljus på den specifika delen av kroppen och se förpackningarna släppa ut medicinen.
Båda delarna av molekylen är biokompatibla och används redan i implantat och medicinska behandlingar:Utsidan är polyetylenoxid, en polymer som används i kosmetika, tandkräm och mediciner idag; och det inre fodret är polymjölksyra, som kan härröra från majsstärkelse och bryts ned till mjölksyra, en naturlig förening i kroppen.
Samarbetet utökas för att utforska fler molekyler som kan designas för att reagera på olika triggers, som ljus, tryck eller kemiska signaler, vilket skulle kunna utöka utbudet av potentiella användningsområden.
"Överraskningen var denna insikt att ett enda ljuskänsligt lager, som mäter mindre än en nanometer men ligger ovanpå annars mycket långa molekyler tätt packade på ett tjockt glas, kan skapa en störning i hela materialet, sa de Pablo.
En djupare förståelse för sådana mekanismer skulle kunna utgöra grunden för fler nya material med användbara egenskaper. De Pablo och hans medarbetare använder sofistikerade molekylära simuleringar för att dechiffrera dessa mekanismer, han sa.
