Bij het bouwen met moleculen, het is belangrijk om te begrijpen hoe ze aan elkaar kleven. Het probleem is dat de methoden die worden gebruikt om dit te meten zelf een beïnvloedende factor zijn op het proces. In ... van vandaag Natuurcommunicatie , onderzoekers van de TU Eindhoven, onder leiding van prof.dr. Bert Meijer, een methode presenteren die deze invloed uitsluit en die kan meten hoe snel kleine moleculen loskomen van een grotere moleculaire entiteit opgelost in water. Het bijzondere aan deze methode is dat deze normaal gesproken voor een heel andere toepassing wordt gebruikt.

Voordat een automonteur een auto kan maken, hij moet weten over de samenstellende componenten. Hetzelfde geldt voor 'bouwen' met moleculen, bijvoorbeeld, om capsules te maken om medicijnen door het menselijk lichaam te transporteren of om een ​​medische hydrogel te maken voor lokale medicijnafgifte en stamceltherapie.

Monomeren voor polymeren

Dergelijke capsules of materialen zijn meestal gemaakt van polymeren die, beurtelings, zijn opgebouwd uit kleinere bouwstenen, of monomeren. In zelfassemblerende moleculen vormen deze monomeren zelf polymeren, bijvoorbeeld in de vorm van lange draden of kleine korrels waarin medicijnen vervoerd kunnen worden.

De monomeren in deze zelfassemblerende, supramoleculaire polymeren zijn niet aan elkaar gehecht maar kleven licht aan elkaar. Dit geeft de monomeren de ruimte om los te maken van en opnieuw te hechten aan het polymeer. De omgevingstemperatuur of zuurgraad (pH) heeft invloed op deze mobiliteit. Het is dus belangrijk dat onderzoekers of fabrikanten hiervan op de hoogte zijn als ze capsules willen gebruiken in het menselijk lichaam waar de temperatuur en zuurgraad niet overal hetzelfde zijn.

Deuterium in plaats van kleurstof

Het meten van dergelijke mobiliteit wordt meestal gedaan door een kleurstof aan het molecuul te koppelen, maar het probleem hiermee is dat de kleurstof zwaarder is dan het molecuul en dus invloed heeft op de beweging zelf. Promovendus René Lafleur, samen met collega Xianwen Lou, heeft nu aangetoond dat dit niet het geval is bij het gebruik van de 'waterstof/deuterium-uitwisselingsmassaspectrometrie'-methode. Deze methode wordt al gebruikt om de vouwing van eiwitten - ook een soort polymeer - te bestuderen, maar is tot op heden niet voor deze toepassing gebruikt.

Dus hoe werkt het? Zodra de monomeren die in water zijn opgelost aan elkaar zijn gaan kleven en een polymeer hebben gevormd, de onderzoekers lossen ze op in zwaar water. De monomeren die loskomen van het polymeer komen in contact met het deuterium in het zware water, waarbij het waterstofatoom wordt vervangen door een deuteriumatoom, die net wat zwaarder is. Het extra gewicht, echter, is ongeveer 450 keer kleiner dan de kleurstof die momenteel wordt gebruikt, en dus heeft dit extra gewicht geen invloed op de mobiliteit.

Kleinere bewegingen kunnen worden gemeten

De kleine verandering in massa kan worden gedetecteerd door Lafleur en Lou, en het kan opnieuw worden gemeten wanneer het monomeer zich opnieuw aan het polymeer hecht. De snelheid waarmee de monomeren in massa toenemen, geeft dus een maat voor de snelheid waarmee de monomeren loskomen van het polymeer.

Bijzonder aan de onderzoeksresultaten is dat terwijl veel monomeren binnen enkele minuten van het polymeer loskomen en daardoor in massa toenemen, anderen hebben daar uren of zelfs dagen voor nodig. In aanvulling, de onderzoekers hebben aangetoond dat een kleine verandering in de grootte van het monomeer de mobiliteit beïnvloedt. Grotere monomeren blijven langer in het polymeer en zijn minder snel mobiel dan kleinere monomeren. Deze verschillen konden niet eerder worden gemeten omdat de gebruikte kleurstofmoleculen te groot waren; de HDX-MS-methode kan nu zelfs het effect meten van de kleine verschillen in molecuulgrootte op de mobiliteit van de moleculen.