Caltech-forskare har utvecklat en ny typ av polymer som kan bära en kemisk nyttolast som en del av sin molekylära struktur och frigöra den som svar på mekanisk stress. Det kemiska systemet de har utvecklat skulle en dag kunna användas för att skapa medicinska implantat som kan släppa ut läkemedel i kroppen när de triggas av något som ultraljudsvågor, de säger.

I ett nytt papper som publicerades i numret av den 13 september Journal of the American Chemical Society , Biträdande professor i kemi Maxwell Robb och forskare i hans labb beskriver polymeren de har utvecklat och reaktionen som gör nyttolastsystemet möjligt.

Det nya materialet består av en uppsättning polymerkedjor bundna till nyttolastsystemet, skapa en mekaniskt känslig enhet som kallas en mekanofor. En så kallad kaskadreaktion skjuter ut nyttolasten från polymeren. I enkla termer, kraft som appliceras på polymeren gör att svaga bindningar i mekanoforen brister, spottar ut en instabil mellanmolekyl som omedelbart bryts ner för att frigöra den bifogade nyttolasten.

I deras tidning, författarna visar frisättningen av ett kumarinfärgämne, en organisk molekyl med användbara egenskaper, men de säger att polymeren kan skräddarsys för att frigöra en mängd olika molekyler, inklusive de med terapeutiska egenskaper.

Ett material som kan frigöra droger på kommando skulle kunna användas för att ge mer exakt behandling av vissa medicinska tillstånd; till exempel, en cancerterapi skulle kunna leverera ett läkemedel direkt till det avsedda målet.

"Allmänheten hos denna nya plattform är unik genom att den tillåter, i princip, den mekaniskt utlösta frisättningen av ett brett utbud av lastmolekyler, säger Robb.

Systemet som Robb och hans kollegor har utvecklat skulle också kunna finjusteras för andra ändamål. Han säger att det är möjligt att skapa en polymer som depolymeriserar - eller helt bryts ner till små molekyler - när den utsätts för stress. Alternativt en polymer skulle kunna skräddarsys för att frigöra en reportermolekyl för att signalera platser i en struktur som är under stress och kan leda till ett strukturellt fel.

"Vi arbetar aktivt med att utöka designen i ett antal riktningar, för att utvärdera omfattningen av lastfrisläppning och för utlöst depolymerisation, vilket är särskilt lovande för stressförstärkning eftersom det tillåter en enda utlösande händelse att generera många små molekyler genom en domino-reaktion, säger Robb.

Uppsatsen har titeln "Mekaniskt utlöst liten molekylfrisättning från ett maskerat furfurylkarbonat."