Geneesmiddelen op basis van eiwitten vertonen veelbelovende activiteit tegen veel moeilijk te behandelen doelwitten. Deze biomoleculen langs de talrijke afweermechanismen van het lichaam krijgen, echter, vereist innovatieve technologie zoals het afleveren van nanodeeltjes. Polymelkzuur (PLA) is een potentiële kandidaat omdat het niet-toxisch is, biologisch afbreekbaar, en assembleert spontaan tot kleine structuren onder de juiste omstandigheden. Chaobin He van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering in Singapore en collega's hebben een robuuste methode ontwikkeld om PLA-nanodeeltjes te synthetiseren met behulp van copolymeertechnologie en een stijve 'nanocage' gemaakt van silicium.

Tijdens polymerisatie, PLA vormt een van de twee spiegelbeeldverbindingen, bekend als L-type of D-type (zie afbeelding). Wanneer chemici L- en D-type PLA-ketens met elkaar mengen, hun complementaire vormen grijpen in elkaar via een proces dat bekend staat als stereocomplexatie. Onlangs, scheikundigen hebben ontdekt dat het construeren van PLA-ketens met afzonderlijke 'blokken' van L- en D-verbindingen ongekende controle biedt over de vorming van nanodeeltjes, waardoor ze verschillende vormen kunnen produceren.

Hoewel stereocomplexatie de mechanische eigenschappen van PLA-nanodeeltjes verbetert, veel van deze verbindingen aggregeren ongewenst na enkele dagen in water. Hij en zijn team onderzochten of ze de vorm van de nanodeeltjes konden behouden met silsequioxaan, een stijf en klein raamwerk van silicium-zuurstofatomen dat een sterke reputatie heeft op het gebied van het versterken van de polymeersterkte op moleculair niveau.

Na het verbinden van silsequioxaan met individuele L- en D-type PLA-ketens, de onderzoekers gebruikten een proces genaamd atoomoverdrachtsradicaalpolymerisatie om organisch-anorganische hybride copolymeren te genereren met goed gedefinieerde PLA- en silsequioxaan-segmenten. Toen ze twee blokcopolymeren met complementaire L- en D-PLA-segmenten mengden tot polaire organische oplosmiddelen die lichte elektrische ladingen vasthouden, de ketens zelf geassembleerd tot bollen op nanoschaal. Omdat co-polymeren zonder bijpassende L- en D-segmenten onder dezelfde omstandigheden in oplossing bleven, het team concludeerde dat stereocomplexatie de primaire kracht is die de vorming van nanodeeltjes aandrijft.

Experimenten toonden aan dat de silicium nanokooien de stabiliteit van PLA-nanodeeltjes aanzienlijk verbeterden:zelfs na een maand in verdunde waterige oplossing, deze hybride verbindingen behielden hun unieke vormen. Verder, het team ontdekte dat het opnemen van langere silsequioxaan-eenheden in de PLA-ketens ervoor zorgde dat de nanodeeltjes zich in kleinere bollen samenvoegden. Volgens Hij, dit suggereert dat het anorganische bestanddeel de waarschijnlijkheid van stereocomplexatie kan beïnvloeden - bevindingen die mogelijkheden bieden om de grootte en vorm van nanodeeltjes nauwkeurig af te stemmen.

Hij en collega's verwachten dat hun nanodeeltjes de eigenschappen van PLA-kunststoffen die worden gebruikt voor medische implantaten kunnen verbeteren door als nieuwe 'vulstof'-stoffen te fungeren. Hij legt uit dat de kleine verbindingen de hechting aan het grensvlak in grote platen PLA moeten verbeteren, waardoor de taaiheid en taaiheid wordt vergroot.