Het onderzoeksteam van Seon-ki Hong, hoogleraar aan de afdeling natuurkunde en scheikunde van het Daegu Gyeongbuk Instituut voor Wetenschap en Technologie (DGIST), heeft de Progressive Assembly on an Initiator-loaded Template (PAINT)-technologie ontwikkeld die lokaal multi- functionele organische pigmenten op de gewenste plekken door natuurlijke melaninevormingsprocessen te kopiëren.

Melanine, een natuurlijk pigment, kan zich hechten aan verschillende oppervlakken, ongeacht het type, dankzij de hoge adhesieve eigenschappen onder water die worden toegeschreven aan talrijke catechol-functionele groepen, vergelijkbaar met de adhesieve eiwitten in mosselen. Nieuwe multifunctionele organische materialen die deze unieke eigenschappen kopiëren, zijn onlangs ontwikkeld en op grote schaal toegepast op verschillende gebieden.

Tijdens het proces van het creëren van nieuwe elementen door het integreren van nieuwe organische materialen met verschillende materiaalgroepen, werden onderzoekers echter geconfronteerd met uitdagingen toen onbedoelde gebieden bedekt raakten met organisch materiaal vanwege de hechtende eigenschappen die het unieke voordeel zijn van deze nieuwe organische materialen.

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, gebruikten onderzoekers fotolithografie om de coatinglocatie te specificeren. Deze methode heeft echter nadelen, zoals de betrokkenheid van complexe meerstapsreacties en de noodzaak om dure apparatuur te gebruiken.

Om deze problemen op te lossen onderzocht het onderzoeksteam van professor Hong de vormingsprocessen van natuurlijke melanine en ontdekte dat de katalytische activiteit van het eiwitsjabloon het proces van het specificeren van de patroonvormingslocatie aanzienlijk beïnvloedt. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .

Op basis van de analytische resultaten voerde het team een ​​experiment uit met de synthesereactie van organische pigmenten, waarbij het natuurlijke melaninevormingsproces werd gekopieerd. Organische pigmenten werden geproduceerd door de synthesereactie te initiëren op het oppervlak dat aanvankelijk was gemodificeerd om gelokaliseerde katalytische activiteit te hebben.

Het onderzoeksteam bevestigde dat organische pigmenten zich niet naar aangrenzende regio's hadden verspreid op basis van uitstekende hechtingseigenschappen, en dat ze zich selectief en vrijwillig alleen aan de geïnitieerde gebieden hechtten om patronen te vormen.

Organische pigmentpatronen die lokaal op het oppervlak werden gevormd, vertoonden brede optische absorptie-eigenschappen in de ultraviolette, zichtbare en nabij-infrarode spectrale gebieden, vergelijkbaar met natuurlijke melanine. Het geabsorbeerde nabij-infraroodlicht werd door het materiaal spontaan omgezet in thermische energie en genereerde plaatselijke warmte. Het onderzoeksteam heeft geverifieerd dat deze processen kunnen worden toegepast om selectieve celdood aan het oppervlak te veroorzaken, of om actuatoren aan te sturen.

Prof. Hong verklaarde:"De PAINT-technologie die we in dit onderzoek hebben ontwikkeld, is een nieuwe technologie die materialen met universele kleefeigenschappen selectief kan aanbrengen op alleen gewenste gebieden."

Ze voegde eraan toe:"We verwachten dat de PAINT-technologie de basis zal leggen voor de ontwikkeling van nieuwe melanine-achtige organische materialen die de kenmerken van melanine toepassen, zoals uitstekende optische absorptie, activiteit van het wegvangen van reactieve zuurstofsoorten en biocompatibiliteit."

Meer informatie: Haejin Jeong et al., Locatiespecifieke fabricage van een melanine-achtig pigment door ruimtelijk beperkte progressieve assemblage op een initiator-geladen sjabloon, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-38622-2

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Daegu Gyeongbuk Instituut voor Wetenschap en Technologie