Wetenschappers over de hele wereld streven naar het ontwikkelen van synthetische receptoren die biologisch belangrijke moleculen kunnen herkennen. Hoewel er veel pogingen zijn gedaan om de manier na te bootsen waarop eiwitpockets suiker detecteren die is opgelost in water met waterstofbindingsinteracties, weinigen zijn erin geslaagd, voornamelijk vanwege de interfererende aard van watermoleculen. Nutsvoorzieningen, een Japans team van onderzoekers heeft een geheel nieuwe aanpak voorgesteld.

"Ons unieke herkenningssysteem is gebaseerd op speciale interacties - bekend als CH-π-interacties [term1] - tussen sucrose en de binnenwanden van onze nanocapsule, " zegt Michito Yoshizawa, die de studie samen met Masahiro Yamashina van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) ontwierp. "Voor zover we weten, niemand heeft eerder de interactie aangewend om dit type herkenningssysteem te ontwikkelen."

Met een diameter van één nanometer (een miljardste van een meter), de bolvormige holte van de capsule heeft precies de juiste maat om het bijna één nanometer lange en bolvormige sucrosemolecuul te vangen. Voortbouwend op het eerdere onderzoek van het team naar moleculaire zelfassemblage, de capsule werkt door een holte rond de sucrose te vormen, die dan volledig wordt omgeven door meerdere aromatische panelen [term2] (zie figuur 1).

Door de capsule te mengen, samengesteld uit twee metaalionen en vier liganden [term3], met sucrose in water onder milde omstandigheden, het team verkreeg een sucrosegebonden capsule met een hoge opbrengst. Gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , een open-access zustertijdschrift van Wetenschap , de productstructuur werd bevestigd met behulp van protonkernmagnetische resonantie en massaspectrometriemethoden. Yoshizawa voegt toe:"De capsule is gemakkelijk te produceren en te hanteren, en de stabiliteit is zeer hoog."

In een reeks experimenten om te onderzoeken hoe de capsule zou reageren op verschillende soorten suiker, de onderzoekers maakten drie observaties:1) de capsule heeft geen interactie met monosachariden zoals glucose en fructose, 2) onder veel voorkomende disachariden (bijvoorbeeld sucrose, lactose, maltose en trehalose), alleen sucrose was ingekapseld, en dus 3) zelfs in mengsels van twee disacchariden (in zogenaamde competitieve bindingsexperimenten), de capsule bond sucrose met een selectiviteit van 100%.

"Het is meestal erg moeilijk om deze suikers van elkaar te onderscheiden. sucrose, lactose en maltose hebben dezelfde molecuulformule, wat betekent dat ze hetzelfde aantal waterstof hebben, zuurstof- en koolstofatomen - alleen hun configuratie is anders, "zegt Yoshizawa. "Toch, onze nanocapsule was in staat om subtiele verschillen te herkennen en uitsluitend sucrose op te vangen."

Het team onderzocht ook hoe de capsule reageerde op gewone kunstmatige suikers:aspartaam ​​(bekend als ongeveer 200 keer zoeter dan sucrose) en sucralose (ongeveer 600 keer zoeter dan sucrose). De bindingsvoorkeur van de capsule bleek in de volgorde sucralose, aspartaam ​​en sucrose, die precies de volgorde weerspiegelt waarin we niveaus van zoetheid waarnemen.

Deze bevinding kan van invloed zijn op de voedings- en chemische industrie door te helpen bij het zoeken naar nog zoetere verbindingen. Als dergelijke nieuwe verbindingen gemakkelijk kunnen worden gevonden en gesynthetiseerd, kunstmatige zoetstoffen zouden goedkoper kunnen worden geproduceerd dan bestaande methoden.

In de toekomst, Yoshizawa zegt dat het mogelijk is om "designer-nanocapsules" in verschillende vormen en maten te ontwikkelen. uiteindelijk, deze capsules zouden kunnen worden gebruikt voor de ontwikkeling van nieuwe biosensortechnologieën op medisch en milieugebied.