Schematisk illustration av arbetet. Kredit:John Wiley &Sons, Inc.
Forskare vid Tohoku University i Japan har samarbetat med andra för att utveckla ett enkelt sätt att skapa och funktionalisera virusliknande polymerpartiklar som har olika nanostrukturer. I samarbetet ingår forskare från Michigan University i USA och Karlsruhe Institute of Technology (KIT) i Tyskland.
Den geometriska kontrollen av enzymer, antikroppar och andra proteiner över polymerpartiklar är väsentliga för att realisera kaskadreaktioner som observeras i en levande kropp; mycket känsliga immunanalyssystem; och högeffektiva läkemedelstillförselsystem. Givet enzymatiska reaktioner sker steg-för-steg längs inriktade enzymer, formationerna av sådana enzymarrayer är avgörande för att realisera partiklarna.
I immunanalyssystem och läkemedelstillförselsystem som använder polymerpartiklar, tätheten och inriktningen av antikroppar på partiklarna är mycket viktiga faktorer för att uppnå höga känsligheter. Ett virus är en idealisk partikel med tanke på dess nanostrukturer och geometriskt kontrollerade funktionella grupper. Dock, strukturell kontroll och selektiv kemisk modifiering av syntetiska polymerpartiklar har hittills varit otillgängliga på grund av deras komplicerade syntetiska vägar.
Diblocksampolymerer bildar fasseparerade strukturer i nanoskala, och makromolekylära kompositioner kan styra strukturer och periodiciteter. I föreliggande studie, Guillaume Delaittre och medarbetare på KIT har lyckats syntetisera hydrofoba disegmentsampolymerer som har funktionaliserade block. Divya Varadharajan vid KIT och Hiroshi Yabu vid Tohoku University har omvandlat dessa diblocksampolymerer till nanostrukturerade partiklar genom att använda en nanofällningsmetod som de utvecklat.
(A) Schematisk representation av funktionaliserat block av de randiga nanopartiklarna med cystein. (B) Mörkt fält STEM-bild av nanopartiklar:de ljusa delarna (PI-1-3) representerar polyisopren (PI) segmentet; de mörka områdena representerar polystyrensegmentet (PS). (C) och (D) Elementaranalys av icke-funktionaliserad PI-region och funktionaliserad PS-region, respektive. (E) Gråvärde pixelkarta erhållen genom att integrera området i det markerade området i (B) som visar PS-segmenten PS-1–2 och PI-segmenten PI-1–3 som visar alternativa staplar av S (röd) och Os (grön) som representerar PS- respektive PI-segment. Alla skalstaplar representerar 50 nm. Kredit:John Wiley &Sons, Inc.
Ändra beredningsförhållandena, storlekar och morfologier av partiklar ledde till kärna-skal, staplade lameller, och andra morfologier som hittas. Den staplade lamellstrukturen, där båda polymerfaserna exponeras för partikelytorna, valdes för selektiv kemisk modifiering.
För att visualisera den platsselektiva kemiska modifieringen av partiklar, fluorescerande färgämnen fixerades på den ena polymerfasen. Joerg Lahann vid Michigan University identifierade denna kemiska modifiering genom att observera ringformad fluorescens från nanoskivor som härrör från demontering av staplade lameller. Lahann använde stimulerad emission depletion (STED) mikroskopi i sitt arbete, vilket är en av de superupplösande mikroskopimetoderna.
