Området materialvetenskap har blivit fullt av "metall-organiska ramverk" (MOFs), mångsidiga föreningar som består av metalljoner kopplade till organiska ligander, bildar alltså en-, två-, eller tredimensionella strukturer. Det finns nu en ständigt växande lista med ansökningar för MOF, inklusive separering av petrokemikalier, avgiftning av vatten från tungmetaller och fluoranjoner, och få ut väte eller till och med guld ur det.

Men nyligen, forskare har börjat göra MOF, gjorda av byggstenar som vanligtvis utgör biomolekyler, t.ex. aminosyror för proteiner eller nukleinsyror för DNA. Förutom den traditionella MOF-användningen i kemisk katalys, dessa biologiskt härledda MOF kan också användas som modeller för komplexa biomolekyler som är svåra att isolera och studera på andra sätt.

Nu, ett team av kemiingenjörer vid EPFL Valais Wallis har syntetiserat en ny biologiskt härledd MOF som kan användas som en "nanoreaktor" – en plats där små, annars kan otillgängliga reaktioner äga rum. Leds av Kyriakos Stylianou, forskare från Berend Smit och Lyndon Emsleys labb konstruerade och analyserade den nya MOF med adeninmolekyler – en av de fyra nukleobaserna som utgör DNA och RNA.

Anledningen till detta var att efterlikna funktionerna hos DNA, en av dessa inkluderar vätebindande interaktioner mellan adenin och en annan nukleobas, tymin. Detta är ett kritiskt steg i bildandet av DNA-dubbelhelixen, men det bidrar också till den totala veckningen av både DNA och RNA inuti cellen.

Studerar deras nya MOF, forskarna fann att tyminmolekyler diffunderar in i dess porer. Simulerar denna diffusion, de upptäckte att tyminmolekyler var vätebundna med adeninmolekyler på MOF:s håligheter, vilket betyder att den lyckades efterlikna vad som händer på DNA.

"Adeninmolekylerna fungerar som strukturstyrande medel och "låser" tyminmolekyler i specifika positioner i håligheterna i vår MOF, " säger Kyriakos Stylianou. Så forskarna drog fördel av denna låsning och belyste den tyminbelastade MOF - ett sätt att katalysera en kemisk reaktion.

Som ett resultat, tyminmolekylerna kan dimeriseras till en di-tyminprodukt, som forskarna kunde isolera – en stor fördel, med tanke på att di-tymin är relaterat till hudcancer och nu enkelt kan isoleras och studeras.

"Övergripande, vår studie belyser användbarheten av biologiskt härledda MOF som nanoreaktorer för att fånga biologiska molekyler genom specifika interaktioner, och för att omvandla dem till andra molekyler, säger Stylianou.