Forskare tittar ofta på hur molekyler beter sig i naturen för att hjälpa dem att designa kemiska processer, och det är vad forskare från QUT och Ghent University gjorde för att skapa en grönt ljusstabiliserad 3D-polymerstruktur som vecklas ut när den lämnas i mörker.

Teamet har rapporterat om detta världsförsta exempel på en reversibel, ljusutlöst process för att vika polymerer till enkelkedjiga nanopartiklar Kemivetenskap .

Forskningen genomfördes av huvudförfattare och QUT Ph.D. student Daniel Kodura, med QUT:s Australian Research Council (ARC) DECRA-stipendiat Dr. Hendrik Frisch, Dr Anja Goldmann, Ph.D. student Fabian Bloesser och ARC-pristagare Professor Christopher Barner-Kowollik, från Soft Matter Materials Laboratory i QUT:s Center for Materials Science, i samarbete med professor Filip Du Prez och Dr. Hannes Houck från forskningsgruppen för polymerkemi vid Gents universitet, Belgien.

"Vad vi har gjort är att titta på proteiner, som är biologiska polymerer som möjliggör det mesta av kemin i våra kroppars celler och som är avgörande för livet, och efterlikna med syntetiska polymerer ett av sätten att proteiner fungerar, " sa herr Kodura.

Proteiner är stora komplexa molekyler av aminosyror som är förbundna med varandra i långa kedjor, och dessa kedjor viker sig naturligt, ibland med en hjälpmolekyl, till en 3D-struktur som utför en funktion, som att få dina muskler att röra sig.

"Vad vi gjorde var att använda grönt LED-ljus som hjälp för att vika syntetiska polymerkedjor till en struktur, " sa han. "Ljuset var bränslet för processen och, viktigt, det höll också strukturen stabil. Så länge lampan var tänd, strukturen höll sin form. Utan ljuset, i mörker och rumstemperatur, strukturen slappnade av och vecklades ut."

"Detta har aldrig uppnåtts tidigare, " tillade Dr Frisch. "Också, att vika kedjorna med ljus till en struktur och sedan vika upp dem i mörker kunde framgångsrikt upprepas flera gånger."

Professor Christopher Barner-Kowollik sa att den kemiska processen var "liknande med en egen levande process."

"Levande organismer måste konsumera en energikälla, som ljus, att överleva och denna 3D-struktur är densamma. Den förbrukar ljus som bränsle för att underhålla sig själv, " han sa.

"Detta är ett exempel på grundläggande, lärorik vetenskap. Det visar vad som är möjligt när du använder samspelet mellan ljus och mörker för komplexa makromolekylära konstruktioner."

Dr Goldmann sa medan forskare har visat hur man viker kemiska substrat med ljus till en struktur innan "det alltid har varit permanent låst. Detta är det första exemplet på en verkligt ljusstabiliserad 3-D enkelsträngad polymerstruktur."

Den grundläggande principen bakom den kemiska processen är densamma som gruppmedlemmar som tidigare använts för att skapa vad de har kallat ljusstabiliserade dynamiska material (LSDM) – en ny klass av material.

"Det vi tidigare skapade var något du kan se och röra vid, Professor Du Prez och Dr Houck sa. "Detta är annorlunda och handlar om transformationer på enkedjenivå, betyder nanometerstorlek som kan vara upp till en miljarddels meter, eller 100, 000 gånger mindre än ett människohår."

Hela papperet, Lättdriven dynamisk kovalent tvärbindning av enkelpolymerkedjor i icke-jämviktstillstånd, finns här. Chemical Science har valt tidningen som sin ChemSci Pick of the Week.