Op prikkels reagerende supramoleculaire structuren zijn naar voren gekomen als een alternatief voor conventionele, dankzij hun toepassingen in sensing, medicijnafgifte, en schakelbare geheugensystemen. Nutsvoorzieningen, wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology onderzoeken de hydrostatische drukrespons van 'foldamers' - kunstmatige moleculen die eiwitvouwing nabootsen - en rapporteren een verschuiving in hun voorkeursconformatie met veranderende druk, het demonstreren van hydrostatische druk-enabled dynamische controle. De vondst opent deuren naar de toekomstige ontwikkeling van drukgevoelige opvouwers en kunstmatige materialen.

Meest, zo niet alle, biologische systemen zijn extreem complex en zijn vaak afhankelijk van interacties waar de traditionele chemie zich niet op focust. Een heel onderzoeksgebied genaamd supramoleculaire chemie is geïnspireerd om precies die interacties te bestuderen die biologische processen beheersen, gebaseerd op een benadering die vertrouwt op kunstmatige moleculaire machines om biologische functies na te bootsen. Deze moleculaire machines reageren op een breed scala aan externe stimuli, zoals temperatuur, omringende media, opwinding met licht, en bijgevolg toepassingen in sensing vinden, medicijnafgifte, moleculaire beeldvorming, en schakelbare geheugentechnologie.

Echter, een bepaalde stimulus, namelijk hydrostatische druk - is al lang in de mode vanwege het opmerkelijke feit dat het het mogelijk maakt een supramoleculair materiaal te bestuderen, zowel in onverstoorde als onder druk staande toestand. In feite, een onderzoeksgroep gevestigd in Japan, bestaande uit wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), hebben onlangs aangetoond dat de optische eigenschappen en chemische processen in oplossingen van supramoleculaire materialen nauwkeurig kunnen worden geregeld door hydrostatische druk.

Geïnspireerd door hun bevindingen, de groep, onder leiding van Prof. Gaku Fukuhara van Tokyo Tech en Prof. Hiromitsu Maeda van Ritsumeikan University, ging verder met het bestuderen van de effecten van druk op 'foldamers' - kunstmatige moleculen die eiwitten nabootsen. Hun bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Chemische Wetenschappen . De naam foldameer is afgeleid van het feit dat deze systemen eiwitten kunnen repliceren die zich in goed gedefinieerde patronen vouwen. Prof. Gaku Fukuhara legt de motivatie voor hun studie uit:"Het oplossings-toestandgedrag van foldameren onder hydrostatische druk is niet in detail onderzocht, wat een uitdaging vormt voor verdere vooruitgang in de supramoleculaire chemie."

Om een ​​foldameer in een specifieke conformatie te vouwen, het moet eerst binden aan een negatief geladen gastion dat de racemische toestand (gelijke hoeveelheid) van helixstructuren vormt. De chiraliteit (of de eigenschap onderscheiden te zijn van zijn spiegelbeeld) van de resulterende structuur kan dan worden geïnduceerd door een asymmetrisch tegen-positief ion in te voeren, een proces dat bekend staat als ionenkoppeling. De ionenparing, echter, hangt af van de solvatatiecondities voor de foldameer, die, beurtelings, kan worden beïnvloed door hydrostatische druk. Overeenkomstig, wetenschappers kozen een fluorescerende foldameer als een negatieve ionenreceptor, een gastheer genoemd, en chirale ionenparen (zoals chloride en bromide) als gasten om de optische eigenschappen van de gastheeroplossing onder hydrostatische druk te onderzoeken.

De wetenschappers begonnen met het onderzoeken van de veranderingen in fluorescentie- en absorptiespectra (in UV en zichtbaar) voor de gastheer in verschillende organische oplosmiddelen onder druk en observeerden een geleidelijke verschuiving in de spectrale band naar langere golflengten, evenals een verhoogde absorptie bij stijgende druk. Ze schreven dit toe aan het feit dat de gastheer aanvankelijk twee conformeren aanneemt, een uitgeklapt en een gevouwen, en verschuift geleidelijk naar een uitgebreide-rijke toestand bij onder druk zetten. Vervolgens, na elektronische bekrachtiging (hυ), uit deze conformeren werden twee verschillende fluorescentietoestanden waargenomen.

"Onze studie toont duidelijk aan dat conformaties in de flexibele foldameer-gastheer dynamisch kunnen worden gecontroleerd, in zowel grond- als aangeslagen toestanden, eenvoudig door de hydrostatische druk te veranderen, ", zegt een opgewonden Prof. Fukuhara. "In feite, deze strategie kan zelfs worden uitgebreid tot andere foldameer- en gastcombinaties die moeite hebben elkaar te voelen of geen gastheer-gast-chemie vertonen, " hij voegt toe.

De inspanningen van het team om folderamers beter te ontcijferen, brengen ons zeker een stap dichter bij het begrijpen van de complexiteit van eiwitten.