Molekularne nanostrukture mogu se aktivirati pomoću ultrazvuka

Novo otkriće u području nanotehnologije objavljeno je na Sveučilištu Heinrich Heine u Düsseldorfu (HHU), gdje su znanstvenici pokazali da se složene molekularne nanostrukture mogu selektivno aktivirati, rastaviti, pa čak i ponovno sastaviti pomoću ultrazvuka.

U središtu ovog istraživanja leži koncept supramolekularnih kaveza - trodimenzionalnih struktura formiranih samostalnim molekularnim komponentama. Ovi kavezi obećavaju različite primjene, od djelovanja kao molekularne reakcijske komore do služenja kao vozila za isporuku lijekova. Međutim, iako je sastavljanje ovih struktura dobro uspostavljeno, njihovo selektivno razdvajanje je ostalo izazov. Tim HHU-a riješio je ovo pitanje dodavanjem fleksibilnih polimernih lanaca na molekularne kaveze izgrađene oko elementa paladija. Ovi polimerni lanci funkcioniraju slično mikroskopskim konopcima, prenoseći mehaničke sile kada su izloženi ultrasonim valovima.

Dr. Bernd M. Schmidt, koji je vodio dio istraživanja iz Instituta za organsku kemiju i makromolekularnu kemiju, naglasio je značaj ovog otkrića. "Samostalno sastavljeni molekuli često se opisuju kao dinamički sustavi", rekao je. "Do sada nije postojao metod mehaničkog miješanja u ove procese". "Ova sposobnost manipulacije molekularnim strukturama izvana predstavlja veliki korak prema stvaranju reagirajućih materijala sposobnih obavljati zadatke pod vanjskim podražajima".

Osim jednostavnog rastavljanja struktura, istraživači su otkrili da se pod odgovarajućim uvjetima aktivirani sustavi mogu potpuno ponovno sastaviti. Ova reverzibilna priroda procesa dodaje još jedan sloj kontrole nad molekularnim sustavima, čineći ih prilagodljivim za različite primjene.

Tim David, jedan od vodećih autora, objasnio je da je ovaj eksperiment služio kao model za pokazivanje kako se mehaničke sile mogu iskoristiti za isporuku molekularnog tereta iz unutar supramolekularnih nanostruktura. "To otvara zanimljive dugoročne perspektive za razvoj inteligentnih transportnih sustava", napomenuo je. "Takvi sustavi mogli bi revolucionirati isporuku lijekova osiguravajući da se lijekovi ispuštaju točno tamo gdje su potrebni u tijelu, minimizirajući nuspojave i maksimizirajući učinkovitost". Da bi dobili dublje uvide u mehanizme koji stoje iza ovih promatranja, istraživači su koristili napredne računalne simulacije.

S obzirom na veličinu i složenost ispitanih sustava - od stotina do više od četiri tisuće atoma - simulacije su zahtijevale vrlo precizno modeliranje atomskih interakcija.

Ovaj pristup omogućio je brže simulacije u usporedbi s konvencionalnim kvantno-hemijskim izračunima, uz zadovoljavajuću točnost za predstavljanje kemijskih reakcija koje se javljaju tijekom rastavljanja i ponovno sastavljanja nanostruktura. Implikacije ovog istraživanja protežu se izvan medicine. Sposobnost kontrole molekularnih struktura pomoću ultrazvuka mogla bi utjecati na područja kao što su znanost o materijalima, inženjerstvo okoliša i nanoelektronika. Kako tehnologija sazrijeva, može dovesti do stvaranja pametnih materijala koji dinamički reagiraju na svoje okruženje, nudeći nove mogućnosti kako u industrijskom tako i u biološkom kontekstu.

Buduće studije će se vjerojatno usredotočiti na usavršavanje preciznosti ultrazvučne aktivacije, proširenje vrsta molekularnih struktura koje se mogu manipulirati i istraživanje dodatnih primjena u isporuci lijekova i drugim područjima.