Genom att få kontroll över formen, storlek och sammansättning under sammansättning av syntetiska molekyler, forskare kan börja undersöka hur dessa faktorer påverkar funktionen hos mjuka material. Att hitta dessa svar kan hjälpa till att främja virologi, utveckling av läkemedelsleverans och skapandet av nya material.

"Vi närmade oss detta nya forskningskoncept inte genom att försöka lösa ett problem, men genom att fråga vad som är möjligt när det gäller syntes av mjuka molekyler, " sa Damien Guironnet, en kemisk och biomolekylär ingenjörsvetenskapsprofessor vid University of Illinois i Urbana-Champaign och huvudförfattare till en ny studie. "Tänk om vi kan få kontroll över saker som form, storlek och sammansättning under molekylär syntes - vad betyder det?"

Fynden redovisas i Proceedings of the National Academy of Science .

I åratal, forskare har kämpat för att klargöra hur nanopartikelform och storlek påverkar deras beteende i levande vävnad, sa forskarna. "Storleken på de syntetiska molekylerna vi skapar motsvarar storleken på virus, sa Dylan Walsh, en kemi- och biomolekylär ingenjörsstudent och studiemedförfattare. "Observationer gjorda från att kontrollera dessa faktorer kommer att tillåta forskare att undersöka dessa typer av frågor."

Teamet kombinerade klassiska kemiska syntestekniker och grundläggande kemiteknikprinciper. De införde exakt kontroll över polymerbildningssekvensen via flödeshastigheten för de använda byggstenarna. Genom att ändra flödeshastigheten, den nya processen kan ge mjuk materia med unika arkitekturer, sa forskarna.

"Vi använder matematisk modellering för att förutsäga formen, storlek och sammansättning av molekyler vi skapar och använder datorstyrd syntes i labbet för att justera flödeshastigheten för blandningarna som styr polymerens arkitektur, sa Guironnet.

Forskarna ansåg att det inte var tillräckligt att bara säga att de kan göra detta – de behövde bevisa det.

"Vår matematiska modellering inkluderar inga antaganden så det finns egentligen inget annat som kan bildas än vad vi modellerar, men matematik är inget du kan se, "Sa Guironnet. "Form är något vi kan se, och vi kunde verifiera med mikroskopisk bild att vi bildade polymerer i överensstämmelse med vad vi förutspått."

Teamet uppnådde detta med syntetiska molekyler som är lösliga i organiska lösningsmedel, men nästa steg blir att gå över till vattenlösliga molekyler. "Om vi ​​verkligen vill förstå vårt immunsvar bättre och förbättra läkemedelsleveransspecificiteten, vi behöver dessa vara vattenlösliga så att de kan arbeta i våra kroppar, sa Guironnet.

Forskarna ser detta arbete som ett stort steg framåt i utvecklingen av vetenskapen om syntetiska polymerer av mjuka material.

"Vi har tillgång till nya byggstenar, och nu kan vi arbeta med att ta reda på hur vi kan använda dessa block för att sätta ihop nya material på molekylär nivå, "Sade Walsh. "Vi ser det som att leka med Legos för att se hur formen på de enskilda byggstenarna påverkar slutprodukten."