Onderzoekers van Imperial College London hebben een nieuwe klasse van multifunctionele sequentie-gedefinieerde polymeren ontwikkeld.

Een team van chemische ingenieurs en chemici van de Livingston Group heeft synthese in de vloeibare fase gebruikt in combinatie met moleculair zeven om een ​​polymeer met buitengewone moleculaire precisie te creëren dat nieuwe mogelijkheden biedt voor medicijnafgifte, nanotechnologie, en informatieopslag.

Vandaag gepubliceerd in Natuurchemie , dit artikel beschrijft een nieuwe synthesemethode die bekend staat als Nanostar Sieving, waardoor de onderzoekers volledige controle hebben over de volgorde van de monomeren waaruit de resulterende polyether bestaat (polyethyleenglycol, of PEG). Dit maakt specifieke functies mogelijk, zoals de levering van geneesmiddelen tegen kanker aan specifieke tumorplaatsen in het menselijk lichaam, en de opslag van informatie in de monomeervolgorde.

Sequenties in de natuur

Biopolymeren zijn samengesteld uit duizenden of meer moleculen die van nature in het menselijk lichaam voorkomen; de meest bekende hiervan is DNA. De natuur is in staat om deze uniforme sequentiestructuren met een hoge mate van precisie te creëren, en ze bieden structurele en functionele diversiteit die voldoende is om een ​​reeks functies in het lichaam uit te voeren. eiwitten, als voorbeeld, zijn lange ketens van aminozuren die verantwoordelijk zijn voor verschillende functies zoals groei en de productie van antilichamen.

Chemici hebben synthetische polymeren ontwikkeld die werken door deze natuurlijke sequenties na te bootsen om extra functies te leveren. Polyethers zijn favoriet bij artsen en chirurgen vanwege hun uitstekende oplosbaarheid in water en biocompatibiliteit, waardoor ze perfect zijn voor gebruik in medicijnen en chirurgie. Traditionele methoden hebben echter geleid tot polymeren die niet dezelfde precisie hebben als in de natuur, vanwege de beperkte controle die wetenschappers hebben over het productieproces.

Polymeer PEGabet

Polymeren kunnen worden opgevat als woorden, en monomeren als de letters die woorden vormen. Reguliere synthetische polymeren hebben maar één 'letter', maar kunnen 'woorden' zijn van verschillende lengte, bijvoorbeeld 'LL', 'LLL' of 'LLLL'. Soms worden extra letters gebruikt zoals LLO of OLL, maar scheikundigen hebben slechts een losse controle over de volgorde en het aantal letters.

Met behulp van Nanostar zeven, het team van Imperial is in staat geweest om exacte controle uit te oefenen over de volgorde van 'letters' en heeft 4 verschillende PEG-monomeren gebruikt om LOLLOL en LONDON te spellen, in een polymeeralfabet of PEGabet. Deze volledige controle over de uiteindelijke polymeerstructuur opent de weg naar een scala aan toepassingen in medicijnafgifte, nanotechnologie en zelfs informatieopslag.

Volgende stappen

Dr. Ruijiao Dong, hoofdonderzoeker van het project, zei:"Het is een opwindend stuk onderzoek omdat we een stap dichter bij het creëren van een goed gedefinieerde hiërarchische structuur zijn die lijkt op die in de natuur. Door een universele strategie te ontwikkelen voor het nauwkeurig regelen van de sequentie in polymeren die we in theorie kunnen doen veel dingen, aangezien de sequentie een cruciale rol speelt bij het opslaan van informatie en het uitdrukken van functies, biedt mogelijkheden voor een breed scala aan toepassingen. We zijn verheugd om de grenzen van zijn functionaliteit te testen met verder onderzoek, en om de Nanostar Sieving verder te ontwikkelen en te automatiseren."

Het team zal nu de praktische toepassing van deze nieuwe polyether onderzoeken en experimenteren met andere polymeren, met als doel een biologisch afbreekbare versie te produceren, en het regelen van de 3D-structuur van de uiteindelijke polymeren, evenals het ontwikkelen van lees-/schrijfmethoden voor informatieopslag en het automatiseren van de polymeersynthese.