Konstnärlig skildring av paramecia med konstgjorda cilier:Chiral, enkelriktade molekylära omkopplare monterade på ytor är en förutsättning för att inducera flimmerhårdriven riktad rörelse. Forskare från Kiel omvandlade enkla azobensener till kirala switchar utrustade med en molekylär plattform för att montera dem på guldytor. Denna bioniska emulering av ett miljarder år gammalt biologiskt transportsystem kan komma att användas i nanotillverkning i framtiden. Kredit:Herges
I miljarder år, bakterier rör sig med hjälp av flimmerhår. Dessa drivande organeller är allestädes närvarande och de finns till och med i nästan alla mänskliga celler. Efter de naturliga paragon-forskarna vid Kiel University konstruerade molekyler som imiterar dessa små, hårliknande strukturer. Autonomt rörliga konstgjorda organeller och en mer effektiv produktion av kemiska föreningar kan nu vara inom räckhåll. Forskarna publicerade nyligen sina resultat i den vetenskapliga tidskriften European Journal of Organic Chemistry .
Cilia, eller cilierade epitel, täcka våra luftvägar som en gräsmatta. I vår svalg och nässlemhinna är de ansvariga för att kontinuerligt transportera slem och partiklar som är inbäddade däri mot vår hals. (förutom storrökare, vars flimmerhår förstördes av nikotin och tjära.) Tobias Tellkamp och professor Rainer Herges har nu kommit ett steg närmare sitt mål att artificiellt reproducera detta biologiska transportsystem med omkopplingsbara molekyler.
Molekyler som vickar när de utsätts för ljus är kända sedan länge. Men riktad rörelse hade hittills inte varit möjlig eftersom fram och tillbaka rörelse upphäver varandra. För att uppnå en nettoförskjutning, flimmerhåren ska bara slå åt ena sidan. Att tillämpa ett knep inom den molekylära konstruktionen, kemisterna vid Kiel Universitys Collaborative Research Center 677 "Function by Switching" löste detta problem:Dessutom, för att få igång de där molekylära flimmerhåren, forskarna fixade dem på en yta. "Vi fäste en slags molekylär sugkopp på strömbrytarna", projektledaren Herges förklarar.
Studier har visat att denna sugkopp fäster mycket bra på guldytor. Teamet av forskare observerade att molekylerna självmonterar sig själv på ytan, tätt packat, sida vid sida som apelsiner på en hylla. "Sugkopparna fäster på ytan men de är fortfarande rörliga och attraherar varandra, " förklarar doktorand Tellkamp. På så sätt ett artificiellt epitel bildas.
Nästa logiska steg är att ta reda på om det konstgjorda epitelet fungerar ungefär på samma sätt som vår nässlemhinna. I samarbete med prof. Olaf Magnussen vid fysikavdelningen vid Kiel University kommer atomkraftmikroskopi (AFM) att användas för att visualisera det ljusdrivna, riktad transport av nanoskopiska partiklar.
De senaste fynden är särskilt intressanta, inte bara med avseende på grundforskning. Med artificiellt cilierade epitel, en molekylär nanotillverkning verkar möjlig – maskiner av molekylstorlek skulle bygga andra maskiner genom att positionera kemiska produkter specifikt och exakt. Hela produktionsanläggningar kunde därmed passa på ett litet chip. Andra tänkbara användningsområden inkluderar artificiella organeller utrustade med molekylära flimmerhår som styrs av en extern stimulans; eller i en längre framtid, de kunde operera autonomt i blodomloppet och bära droger till platsen för en sjukdom.
