science >> Wetenschap >  >> Chemie

Onderzoekers krijgen controle over de synthese van zachte moleculen

Chemische en biomoleculaire engineering professor Damien Guironnet, Rechtsaf, en afgestudeerde student Dylan Walsh ontwikkelden een nieuwe techniek waarmee ze de grootte kunnen programmeren, vorm en samenstelling van zachte materialen. Krediet:L. Brian Stauffer

Door controle over de vorm te krijgen, grootte en samenstelling tijdens de assemblage van synthetische moleculen, onderzoekers kunnen onderzoeken hoe deze factoren de functie van zachte materialen beïnvloeden. Het vinden van deze antwoorden kan de virologie vooruit helpen, ontwikkeling van medicijnafgifte en het creëren van nieuwe materialen.

"We benaderden dit nieuwe onderzoeksconcept niet door te proberen een probleem op te lossen, maar door te vragen wat er mogelijk is als het gaat om de synthese van zachte moleculen, " zei Damien Guironnet, een professor in chemische en biomoleculaire engineering aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign en hoofdauteur van een nieuwe studie. "Wat als we controle kunnen krijgen over zaken als vorm, grootte en samenstelling tijdens moleculaire synthese - wat betekent dat?"

De bevindingen worden gerapporteerd in de Proceedings van de National Academy of Science .

Voor jaren, wetenschappers hebben geworsteld om duidelijk te maken hoe de vorm en grootte van nanodeeltjes hun gedrag in levend weefsel beïnvloeden, aldus de onderzoekers. "De grootte van de synthetische moleculen die we maken, komt overeen met de grootte van virussen, " zei Dylan Walsh, een afgestudeerde student in de chemische en biomoleculaire techniek en co-auteur van de studie. "Opmerkingen gemaakt door het beheersen van deze factoren zullen onderzoekers in staat stellen dit soort vragen te onderzoeken."

Het team combineerde klassieke chemische synthesetechnieken en basisprincipes van chemische engineering. Ze introduceerden nauwkeurige controle over de polymeervormingsvolgorde via de stroomsnelheid van de gebruikte bouwstenen. Door de stroomsnelheid te veranderen, het nieuwe proces kan zachte materie opleveren met unieke architecturen, aldus de onderzoekers.

"We gebruiken wiskundige modellen om de vorm te voorspellen, grootte en samenstelling van moleculen die we maken en gebruiken computergestuurde synthese in het laboratorium om de stroomsnelheid aan te passen van de mengsels die de architectuur van het polymeer regelen, ' zei Guironnet.

De onderzoekers waren van mening dat het niet voldoende was om simpelweg te stellen dat ze dit kunnen - ze moesten het bewijzen.

"Onze wiskundige modellering bevat geen aannames, dus er is echt niets anders dat kan worden gevormd dan wat we modelleren, maar wiskunde is niet iets dat je kunt zien, "Zei Guironnet. "Vorm is iets wat we kunnen zien, en we konden met microscopische beeldvorming verifiëren dat we polymeren vormden die consistent waren met wat we voorspelden."

Het team bereikte dit met synthetische moleculen die oplosbaar zijn in organische oplosmiddelen, maar de volgende stap zal zijn om over te gaan op in water oplosbare moleculen. "Als we onze immuunrespons echt beter willen begrijpen en de specificiteit van de medicijnafgifte willen verbeteren, we hebben deze nodig om in water oplosbaar te zijn, zodat ze in ons lichaam kunnen werken, ' zei Guironnet.

De onderzoekers beschouwen dit werk als een grote stap voorwaarts in de vooruitgang van de wetenschap van synthetische polymeren van zacht materiaal.

"We hebben toegang tot nieuwe bouwstenen, en nu kunnen we uitzoeken hoe we deze blokken kunnen gebruiken om nieuwe materialen te assembleren op moleculair niveau, "Zei Walsh. "We zien het als spelen met Lego om te zien hoe de vorm van de afzonderlijke bouwstenen het eindproduct beïnvloedt."