Onderzoekers van Tokyo Tech hebben een container met fotoschakelaars van nanoformaat ontwikkeld die hydrofobe verbindingen van verschillende grootte en vorm in water opneemt en deze vervolgens kwantitatief vrijgeeft door niet-invasieve lichtstimulus. De geïnstalleerde schakelaars maken hergebruik van de container mogelijk na succesvolle vrijgave van de lading. Het nieuwe systeem vertegenwoordigt een veelzijdig platform voor toekomstige ontwikkelingen op gebieden zoals materiaalchemie en medische biologie.

Onderzoekers van het Tokyo Tech's Laboratory for Chemistry and Life Science hebben een micel-type nanocontainer ontwikkeld die kan worden geschakeld tussen de geassembleerde en gedemonteerde staat via eenvoudige bestraling met licht. De lichtstimulus veroorzaakt een structurele verandering in de amfifiele subeenheden, die hun geïntegreerde bindzak sluit en tegelijkertijd resulteert in demontage (zie figuur 2).

In een recente publicatie in Natuurcommunicatie , Lorenzo Catti (JSPS/Humboldt postdoctoraal onderzoeker), Natsuki Kishida, Michito Yoshizawa en collega's demonstreren met succes hoe het gebruik van water en licht te combineren, beide essentiële ingrediënten voor het leven, in een milieuvriendelijk toedieningssysteem. "Water en licht zijn overvloedige en schone hulpbronnen op aarde, " Dr. Yoshizawa zegt. "Actief gebruik van beide in de synthetische en materiaalchemie is tot nu toe zelden bereikt, maar is een dringende noodzaak voor de ontwikkeling van duurzame moderne technologieën."

De prestatie is gebaseerd op een kleine ontwerpwijziging in de subeenheid van de container met nanogrootte. Door de twee polyaromatische panelen op een eerdere amfifiele verbinding te verplaatsen (Figuur 2, links) een koolstofatoom dichter bij elkaar, de auteurs hebben een fotochemische reactie tussen de panelen mogelijk gemaakt die resulteert in kwantitatieve sluiting van de bindingszak (Figuur 2, Rechtsaf). In aanvulling, de groep kon aantonen dat deze reactie gedeeltelijk en volledig omkeerbaar is door bestraling met licht en verwarming, respectievelijk.

De studie maakt deel uit van de voortdurende ontwikkelingsinspanningen van de groep naar milieuvriendelijke nanoflessystemen met controleerbare functionaliteit. Het nieuwe systeem kan worden beschouwd als een "aromatische micel, een concept dat in 2013 door de groep werd geïntroduceerd.

Opname van in water onoplosbare gastmoleculen in de container bleek gemakkelijk haalbaar te zijn via een eenvoudig maalprotocol. Toevoeging van water aan de resulterende vaste stoffen gaf karakteristieke gekleurde oplossingen, die UV-zichtbare absorptiebanden vertoonden die konden worden toegewezen aan de gebonden gastmoleculen. Het flexibele karakter van de nanocontainer maakte de opname van een grote verscheidenheid aan verbindingen mogelijk, zoals staafvormige en vlakke kleurstoffen en bolvormige fullerenen, in water. Kwantitatieve afgifte van de gastverbindingen kan worden bereikt via bestraling van de waterige oplossing gedurende 10 minuten bij kamertemperatuur. De vrijgelaten, in water onoplosbare gasten kunnen bovendien met succes worden teruggewonnen via eenvoudige filtratie, waardoor een heldere kleurloze oplossing ontstaat die alleen de gesloten amfifielen bevat.

"In een biomedische context, het ontwikkelde systeem belooft veel voor toekomstige vooruitgang in niet-invasieve levering van biomoleculen en synthetische drugs, " Dr. Yoshizawa concludeerde. Toekomstige verbeteringen van het systeem zijn gericht op het toestaan ​​van een zwakkere lichtbron voor bestraling, waardoor het systeem een ​​stap dichter bij de beoogde toepassing voor in-vivolevering komt.