Wetenschappers kijken vaak naar hoe moleculen zich in de natuur gedragen om hen te helpen bij het ontwerpen van chemische processen, en dat is wat de onderzoekers van QUT en de Universiteit Gent hebben gedaan om een ​​met groen licht gestabiliseerde 3D-polymeerstructuur te creëren die zich ontvouwt wanneer ze in het donker wordt achtergelaten.

Het team heeft gerapporteerd over dit eerste voorbeeld ter wereld van een omkeerbaar, door licht getriggerd proces om polymeren te vouwen tot nanodeeltjes met een enkele keten in Chemische Wetenschappen .

Het onderzoek werd uitgevoerd door hoofdauteur en QUT Ph.D. student Daniel Kodura, met QUT's Australian Research Council (ARC) DECRA Fellow Dr. Hendrik Frisch, Dr. Anja Goldmann, doctoraat student Fabian Bloesser en ARC Laureate Fellow Professor Christopher Barner-Kowollik, van het Soft Matter Materials Laboratory in QUT's Centre for Materials Science, in samenwerking met Professor Filip Du Prez en Dr. Hannes Houck van de onderzoeksgroep Polymer Chemistry aan de Universiteit Gent, België.

"Wat we hebben gedaan is kijken naar eiwitten, dat zijn biologische polymeren die de meeste chemie in de cellen van ons lichaam mogelijk maken en essentieel zijn voor het leven, en bootsen met synthetische polymeren een van de manieren na waarop eiwitten functioneren, ' zei meneer Kodura.

Eiwitten zijn grote complexe moleculen van aminozuren die in lange ketens met elkaar verbonden zijn, en deze kettingen vouwen zichzelf vanzelf, soms met een hulpmolecuul, in een 3D-structuur die een functie vervult, alsof je je spieren laat bewegen.

"Wat we deden was groen LED-licht gebruiken als hulp om synthetische polymeerketens tot een structuur te vouwen, " zei hij. "Het licht was de brandstof voor het proces en, belangrijk, het hield ook de structuur stabiel. Zolang het licht aan was, de structuur hield zijn vorm. Zonder het licht, in het donker en bij kamertemperatuur, de structuur ontspande en ontvouwde zich."

"Dit is nog nooit eerder bereikt, " voegde Dr. Frisch eraan toe. "Ook, het vouwen van de kettingen met licht tot een structuur en vervolgens ontvouwen in het donker zou meerdere keren succesvol kunnen worden herhaald."

Professor Christopher Barner-Kowollik zei dat het chemische proces "verwant aan een levend proces op zich" was.

"Levende organismen hebben een energiebron nodig, als licht, om te overleven en deze 3D-structuur is hetzelfde. Het verbruikt licht als brandstof om zichzelf te onderhouden, " hij zei.

"Dit is een voorbeeld van fundamentele, leerzame wetenschap. Het laat zien wat er mogelijk is als je het samenspel van licht en donker gebruikt voor complexe macromoleculaire ontwerpen."

Dr. Goldmann zei dat terwijl wetenschappers hebben laten zien hoe chemische substraten met licht in een structuur kunnen worden gevouwen voordat "het altijd permanent is opgesloten. Dit is het eerste voorbeeld van een echt licht-gestabiliseerde 3D enkelstrengs polymeerstructuur."

Het fundamentele principe achter het chemische proces is hetzelfde als wat teamleden eerder gebruikten bij het creëren van wat zij licht-gestabiliseerde dynamische materialen (LSDM's) noemen - een nieuwe klasse materialen.

"Wat we eerder hebben gemaakt, was iets dat je kunt zien en aanraken, " Professor Du Prez en Dr. Houck zeiden. "Dit is anders en gaat over transformaties op het niveau van een enkele keten, wat betekent nanometergrootte die kan oplopen tot een miljardste van een meter, of 100, 000 keer kleiner dan een mensenhaar."

Het volledige papier, Lichtgevoede dynamische covalente verknoping van enkele polymeerketens in niet-evenwichtstoestanden, is hier verkrijgbaar. Chemical Science heeft de paper gekozen als ChemSci Pick of the Week.