Ett team av forskare vid University of Vermont har uppfunnit ett nytt verktyg-de kallar det en "nanocage"-som kan fånga upp och rätta till molekylstora trassel av polymerer.

När en knuten polymersträng - oavsett om den är gjord av protein eller plast - dras upp "kan vi aktivera bara de polymerer vi vill ha, medan resten lämnas ensam, "säger UVM -kemisten Severin Schneebeli som ledde den nya forskningen. Det här verktyget - som fungerar lite som att dra en tråd tråd genom ett nålhål -" öppnar ett nytt sätt att skapa anpassade material som aldrig har gjorts tidigare, "säger han. Dessa kan inkludera piller i nanoskala som lindas runt enstaka läkemedelsmolekyler eller nya industriprodukter som är monterade av exakt arrangerade plaststrängar i atomskala.

Verktyget, består av molekylära kanter med speciella "formriktande" vätebindningar-och tusentals gånger mindre än ett nålhuvud-kan välja ut kortare strängar av en polymer, lämnar längre efter sig, visar att nanokorgen kan användas för att selektivt hitta specifika storlekar av molekyler i en soppa av material. "Det är selektivt och det har aldrig gjorts tidigare, "Säger Schneebeli. Denna forskning är första gången som vetenskapen har kunnat urskilja och aktivera polymerkedjor i olika storlekar i ett laboratorium - vilket öppnar dörren för nya möjligheter för precisionskemi.

Den nya forskningen publicerades i juniutgåvan av tidskriften Chem .

Naturen vet

Nanocagens förmågor är nya för vetenskapen - men inte för naturen. I miljarder år, livet har utvecklats för att välja just den bit av ett protein eller en annan biologisk knut som det vill lossa och slå på - vad forskare kallar "funktionalisera". Men människor har haft svårt att göra samma sak. "Trots många exempel inom biologi, "skriver UVM -forskarna, "effektiv och selektiv modifiering av konstgjorda polymerer är fortfarande svårt."

Oavsett om man ändrar biologiska strängar, som DNA, eller industrimaterial, som plast, det nya tetraederformade verktyget lovar att låta forskare göra vad naturen redan gör bra. "Det tog år av hårt arbete i labbet att montera denna tetraeder innan vi kunde testa den, "säger Mona Sharafi, huvudförfattaren till den nya studien, och postdoktoral forskare vid Unversity of Vermont som kom till USA från Iran. "Det är helt konstgjorda" säger hon, "men inspirerad av naturen."

Potentiella polymerer

Ordet polymer kommer från ett par grekiska ord som betyder "många delar". Och polymerer är just det:material tillverkade av enorma molekyler som består av många upprepande delar. De finns i många vardagsprodukter. Vissa är naturliga, som gummi och shellack. Många är syntetiska, och används för att producera mycket av materialet i vardagen - från shoppingkassar till blöjor, kläder till vattenledningar. Polymerer kan hittas i snygga långa strängar på molekylär nivå-eller de kan bindas i gudomliga knutar som en miljard strängar av mikrospaghetti

Naturen har haft eoner för att ta reda på hur man båda kan syntetisera dessa enorma molekyler - biopolymerer, som DNA - och hur man redigerar och aktiverar utvalda delar. Människor har blivit ganska bra på att göra nya syntetiska polymerer - men inte så bra på att välja och redigera dem. Många forskare och ingenjörer - arbetar med nya applikationer för förnybar energi (t.ex. nästa generations solceller), precisionsmedicin (som leverans av cancerläkemedel till riktade delar av kroppen) och avancerad elektronik (inklusive flexibla enheter) - skulle vilja ha större kontroll och effektivitet när det gäller vad UVM -teamet kallar "funktionella polymerer med komplexa topologier." Med stöd från National Science Foundation och National Institutes of Health (som stödde beräkningsstudierna, regisserad av UVM -kemisten Jianing Li), forskningen om nanocage ger ett nytt verktyg för att göra det - "för att frigöra knuten, öppna polymerer som skulle ha varit otillgängliga tidigare, "säger UVM:s Mona Sharafi." Vi har öppnat något stort. "