I en ny studie har forskare vid University of Missouri skapat ett proof of concept av en nanokapsel – en mikroskopisk behållare – som kan leverera en specifik "nyttolast" till en riktad plats.
Studien, med titeln "Nanokapslar med oöverträffad intern volym sammanfogade av kalciumjoner", publiceras i Chemical Science .
Även om det ligger utanför ramen för denna studie kan upptäckten en dag påverka hur läkemedel, näringsämnen och andra typer av kemiska föreningar levereras till människor eller växter. Kraften i den framåttänkande idén för denna lilla leveransmekanism kommer från dess uppfinningsrika struktur, säger Gary Baker, docent vid Institutionen för kemi och medförfattare till studien.
"Vi har förmågan att på ett enhetligt sätt förbereda nanokapslar på ett cookie-cutter sätt genom att sammanfoga dem med hjälp av kalciummetalljoner som byggstenar eller länka stockar," sa Baker. "Genom att göra detta kan vi generera flera identiska reservoarer som kan transportera olika typer av ämnen eller nyttolaster. Dessutom har vi bevis på att ämnena inom kan överföras genom barriären av dessa nanokapslar till en extern lösning."
Baker jämför monteringen av den konceptuella enheten med hur geckos går uppför väggar.
"Geckos har små strukturer på fotdynorna som innehåller ännu mindre understrukturer, och dessa understrukturer fortsätter till nästan nanoskalanivån," sa Baker.
"Kombinationen av oräkneliga understrukturer som interagerar med en yta ger gecko ett stabilt fotfäste. På ungefär samma sätt hålls dessa nanokapslar samman av en mängd svaga kemiska interaktioner, men när de läggs ihop ger de en drivkraft för att sätta ihop den slutliga struktur."
Studien representerar ett viktigt steg framåt för området supramolekylär kemi, säger Jerry Atwood, en curators Distinguished Professor Emeritus of Chemistry och internationellt erkänd ledare inom området.
"Medan vi använde fluorescerande molekyler är de jämförbara i storlek och funktionalitet med molekyler som någon kanske vill använda för att leverera ett ämne till en viss plats," sa Atwood. "Därför belyser denna prestation dess potential för framtida användningsområden inom vetenskap och medicin."
Kanishka Sikligar, postdoktor vid MU, gjorde upptäckten. Sikligar, som kom till MU för att studera med Atwood, blev förvånad över lagets upptäckt.
"Storleken på dessa nanokapslar skjuter långt bortom gränsen för vad som tidigare har uppnåtts av andra forskare inom detta område," sa Sikligar. "Jag är spännande att se hur denna upptäckt kommer att hjälpa till att utöka kunskapen och förståelsen för detta område."
Mer information: Kanishka Sikligar et al, Nanokapslar med oöverträffad inre volym sammanfogade av kalciumjoner, Chemical Science (2023). DOI:10.1039/D3SC01629C
Journalinformation: Kemisk vetenskap
Tillhandahålls av University of Missouri
