Forskare vid Tokyo Tech har utvecklat en behållare i nanostorlek med fotoswitchar som tar upp hydrofoba föreningar av olika storlek och form i vatten och sedan släpper ut dem kvantitativt genom icke-invasiv ljusstimulans. De installerade omkopplarna tillåter återanvändning av containern efter framgångsrik frisläppning av lasten. Det nya systemet representerar en mångsidig plattform för framtida utvecklingar inom områden som materialkemi och biomedicin.

Forskare vid Tokyo Techs Laboratory for Chemistry and Life Science har utvecklat en nanobehållare av micelltyp som kan växlas mellan sitt monterade och demonterade tillstånd via enkel ljusbestrålning. Ljusstimulansen inducerar en strukturell förändring i de amfifila subenheterna, som stänger deras integrerade bindningsficka och samtidigt resulterar i demontering (se figur 2).

I en färsk publikation i Naturkommunikation , Lorenzo Catti (JSPS/Humboldt postdoktor), Natsuki Kishida, Michito Yoshizawa och hans medarbetare visar framgångsrikt hur man kombinerar användningen av vatten och ljus, båda viktiga ingredienser för livet, i ett miljövänligt leveranssystem. "Vatten och ljus är rikliga och rena resurser på jorden, "Dr. Yoshizawa säger. "Aktiv användning av båda i syntetisk och materialkemi har sällan åstadkommits hittills men är en akut nödvändighet för utvecklingen av hållbar modern teknik."

Prestationen är grundad i en liten designförändring i underenheten i den nanostora behållaren. Genom att flytta de två polyaromatiska panelerna på en tidigare amfifil förening (Figur 2, vänster) en kolatom närmare varandra, författarna möjliggjorde en fotokemisk reaktion mellan panelerna som resulterar i kvantitativ stängning av bindningsfickan (Figur 2, höger). Dessutom, gruppen kunde visa att denna reaktion är delvis och helt reversibel genom ljusbestrålning och uppvärmning, respektive.

Studien är en del av gruppens pågående utvecklingssatsning mot miljövänliga nanoflasksystem med kontrollerbar funktionalitet. Det nya systemet kan betraktas som en "aromatisk micell, "ett koncept som introducerades av gruppen 2013.

Upptag av vattenolösliga gästmolekyler i behållaren visade sig vara lätt att uppnå via ett enkelt malningsprotokoll. Tillsats av vatten till den resulterande fasta substansen gav karakteristiskt färgade lösningar, som visade UV-synliga absorptionsband som kan tilldelas de bundna gästmolekylerna. Den flexibla karaktären hos nanobehållaren gjorde det möjligt att ta upp en mängd olika föreningar, såsom stavformade och plana färgämnen och sfäriska fullerener, i vatten. Kvantitativ frisättning av gästföreningarna kunde uppnås genom bestrålning av vattenlösningen under 10 minuter vid rumstemperatur. Den frigivna, vattenolösliga gäster kunde dessutom framgångsrikt återvinnas genom enkel filtrering, ger upphov till en klar färglös lösning som endast innehåller de slutna amfifilerna.

"I ett biomedicinskt sammanhang, det utvecklade systemet har stora löften för framtida framsteg inom icke-invasiv leverans av biomolekyler och syntetiska droger, Dr. Yoshizawa avslutade. Framtida förbättringar av systemet syftar till att tillåta en svagare ljuskälla för bestrålning, vilket kommer att föra systemet ett steg närmare den tänkta in vivo-leveransapplikationen.