Molekularna nanostruktura se lahko aktivira z ultrazvokom

Na Univerzi Heinrich Heine v Düsseldorfu (HHU) je prišlo do presenetljivega odkritja na področju nanotehnologije, kjer so znanstveniki pokazali, da je mogoče z ultrazvokom selektivno aktivirati, razstavljati in celo ponovno sestaviti zapletene molekularne nanostrukturje.

V središču te raziskave leži koncept supramolekularnih kletk - tridimenzionalnih struktur, ki jih tvorijo samozbirni molekularni sestavni deli. Te kletke so obetavne za različne aplikacije, od delovanja kot molekularni reakcijski komori do služenja kot nosilci zdravil.

Dr. Bernd M. Schmidt, ki je vodil del raziskav iz Inštituta za organsko kemijo in makromolekularno kemijo, je poudaril pomen tega preboja. "Samostojne molekule se pogosto opisujejo kot dinamični sistemi", je dejal. "Do zdaj ni bilo metode za mehansko posredovanje v te procese. "Ta sposobnost zunanje manipulacije z molekularnimi strukturami predstavlja velik korak k ustvarjanju odzivnih materialov, ki so sposobni opravljati naloge pod zunanjimi dražljaji.

Raziskovalci so ugotovili, da se aktivirani sistemi lahko pod ustreznimi pogoji popolnoma ponovno sestavijo. Ta reverzibilna narava procesa dodaja še eno plast nadzora nad molekularnimi sistemi, zaradi česar so prilagodljivi za različne aplikacije.

Tim David, eden od vodilnih avtorjev, je pojasnil, da je ta poskus služil kot model za prikaz, kako je mogoče mehanske sile izkoristiti za dostavljanje molekularnega tovora iz notranjosti nadmolekularnih nanostruktur. "To odpira zanimive dolgoročne perspektive za razvoj inteligentnih transportnih sistemov", je opozoril. "Takšni sistemi bi lahko revolucionirali dobavo zdravil, tako da zagotovijo, da se zdravila sprostijo natančno tam, kjer je to potrebno v telesu, zmanjšajo stranske učinke in povečajo učinkovitost. "Za pridobivanje globljih vpogledov v mehanizme za temi opazovanji so raziskovalci uporabili napredne računalniške simulacije".

Glede na velikost in zapletenost preučenih sistemov, ki so se raztezali od sto do več kot štiri tisoč atomov, so simulacije zahtevale zelo natančno modeliranje atomskih interakcij.

Ta pristop je omogočil hitrejše simulacije v primerjavi s konvencionalnimi kvantno kemičnimi izračuni, hkrati pa ohranil zadostno natančnost za prikaz kemičnih reakcij, ki se pojavljajo med razstavljanjem in ponovno sestavljanjem nanostruktur.

V prihodnje raziskovalci pričakujejo nadaljnje raziskovanje celotnega obsega aplikacij te tehnike. Prihodnje študije se bodo verjetno osredotočile na izboljšanje natančnosti ultrazvočne aktivacije, razširitev vrst molekularnih struktur, ki jih je mogoče manipulirati, in raziskovanje dodatnih uporab pri dajanju zdravil in na drugih področjih.