Forskare vid Imperial College London har utvecklat en ny klass av multifunktionella sekvensdefinierade polymerer.

Ett team av kemiska ingenjörer och kemister i Livingston-gruppen har använt flytande fassyntes kopplat till molekylsiktning för att skapa en polymer med extraordinär molekylär precision som öppnar nya möjligheter för läkemedelsleverans, nanoteknik, och informationslagring.

Publicerad idag i Naturkemi , detta dokument beskriver en ny syntesmetod som kallas Nanostar Sieving, vilket gör det möjligt för forskarna att ha fullständig kontroll över sekvensen av monomerer som utgör den resulterande polyetern (polyetylenglykol, eller PEG). Detta möjliggör specifika funktioner, såsom leverans av läkemedel mot cancer till specifika tumörställen i människokroppen, och lagring av information i monomerordningen.

Sekvenser i naturen

Biopolymerer består av tusentals molekyler eller mer som förekommer naturligt i människokroppen; det mest bekanta av dessa är DNA. Naturen kan skapa dessa enhetliga sekvensstrukturer med hög precision, och de ger strukturell och funktionell mångfald som är tillräcklig för att utföra en rad funktioner inom kroppen. Proteiner, som ett exempel, är långa kedjor av aminosyror som är ansvariga för flera funktioner såsom tillväxt och produktion av antikroppar.

Kemister har utvecklat syntetiska polymerer som fungerar genom att efterlikna dessa naturliga sekvenser för att leverera ytterligare funktioner. Polyetrar gynnas av läkare och kirurger på grund av deras utmärkta vattenlöslighet och biokompatibilitet, vilket gör dem perfekta för användning i läkemedel och kirurgi. Men traditionella metoder har resulterat i polymerer som saknar samma precision i naturen, på grund av den begränsade kontrollen har forskare över produktionsprocessen.

Polymer PEGabet

Polymerer kan förstås som ord, och monomerer som bokstäverna som skapar ord. Vanliga syntetiska polymerer har bara en 'bokstav', men kan vara 'ord' av varierande längd, till exempel 'LL', 'LLL' eller 'LLLL'. Ibland används ytterligare bokstäver som LLO eller OLL, men kemister har bara lös kontroll över bokstavens ordning och antal.

Använda Nanostar Sieving, laget på Imperial har kunnat utöva exakt kontroll över sekvensen av 'bokstäver' och har använt 4 olika PEG -monomerer för att stava LOLLOL och LONDON, i ett polymeralfabet eller PEGabet. Denna fullständiga kontroll över den slutliga polymerstrukturen öppnar vägen för applikationer inom läkemedelsleverans, nanoteknik och till och med informationslagring.

Nästa steg

Dr Ruijiao Dong, ledande forskare på projektet, sade:"Det är en spännande forskning eftersom vi är ett steg närmare att skapa en väldefinierad hierarkisk struktur som efterliknar den som finns i naturen. Genom att utveckla en universell strategi för exakt kontroll av sekvens i polymerer kan vi i teorin göra det många saker, eftersom sekvensen spelar en avgörande roll för informationslagring och funktionsuttryck, erbjuder potential för ett brett spektrum av applikationer. Vi är glada att testa gränserna för dess funktionalitet med ytterligare forskning, och att vidareutveckla och automatisera Nanostar Siktning. "

Teamet kommer nu att utforska den praktiska tillämpningen av denna nya polyeter och experimentera med ytterligare polymerer, med målet att producera en biologiskt nedbrytbar version, och att styra 3D-strukturen hos de slutliga polymererna, samt utveckla läs-/skrivmetoder för informationslagring och automatisering av polymersyntesen.