Inspirándose en la naturaleza, los investigadores están fabricando polímeros con composiciones cada vez más precisas bajo demanda. Utilizando herramientas de síntesis de varios pasos extraídas de la biología, bioquímica y síntesis orgánica, un grupo informa que está desarrollando polímeros sintéticos de ultra alta precisión con longitudes de cadena y secuencias de monómeros controladas con precisión. Las macromoléculas que contienen información resultantes se pueden implementar para el almacenamiento de datos, tecnologías de lucha contra la falsificación y trazabilidad.

Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la Reunión y Exposición Nacional de Primavera de 2019 de la American Chemical Society (ACS).

"Hay básicamente dos tipos de polímeros, "dice Jean-François Lutz, Doctor. "Un tipo es plástico, que está hecho por humanos. El otro tipo se llama biopolímero, y es una molécula mucho más definida. De hecho, los humanos se construyen principalmente con polímeros:ADN y proteínas ".

Las técnicas de fabricación química convencionales pueden producir polímeros de longitudes y secuencias irregulares. Pero, Lutz señala, la naturaleza es más precisa. Existe una gran diferencia en la calidad estructural entre los polímeros artificiales y biológicos, el explica. "El propósito de nuestro trabajo es llenar el vacío:hacer polímeros sintéticos utilizando inspiración biológica".

Generalmente, Los polímeros de secuencia controlada se pueden construir mediante polimerizaciones de crecimiento de cadena o de crecimiento por etapas. Ambos enfoques pueden lograr cadenas de polímeros de diferentes longitudes. Sin embargo, cuando diferentes monómeros se combinan en polímeros, variarán en la composición y secuencia de cadena a cadena. Tales polímeros no son ideales para aplicaciones, como la codificación, en el que un preciso, Se necesita una estructura uniforme.

Lutz y su grupo en el Institut Charles Sadron han estado trabajando en la construcción de moléculas sintéticas con la misma precisión y uniformidad que las macromoléculas biológicas. "Obtuvimos la inspiración inicial del ADN, que es un polímero hecho con cuatro monómeros:adenina, timina, guanina y citosina, ", Dice Lutz." Aunque el ADN es un polímero que codifica la misma información que nos hace humanos, un logro importante, en realidad no es la mejor estructura para muchas otras cosas. Pensamos que tal vez podríamos hacer un polímero que sea igualmente rico en información, pero mejore la estructura para que pueda usarse en una variedad de aplicaciones ".

El grupo construye sus polímeros sintéticos con estructuras primarias totalmente controladas utilizando química iterativa en fase sólida, un proceso que se desarrolló originalmente para producir péptidos, o pequeños trozos de proteínas. En los últimos años, el equipo ha estado fabricando polímeros adaptados con precisión para aplicaciones de almacenamiento de datos. En estos polímeros, cada monómero o subunidad representa un dato específico. Hasta aquí, Los investigadores han creado pequeños dispositivos de almacenamiento de datos hechos de polímeros codificados en secuencia en capas. Recientemente, también han estudiado la cristalización de polímeros sintéticos codificados y han observado que los bits moleculares que contienen ocupan volúmenes mucho más pequeños que los nucleótidos en el ADN. "Los polímeros codificados en secuencia abiótica están ahora mucho más allá de la prueba de concepto, "Dice Lutz." Fuimos el primer grupo. Ahora es una tendencia o campo en la química de polímeros ".

Lutz cree que dentro de los próximos 10 años, Este grupo traerá al mercado tecnologías contra la falsificación y la trazabilidad utilizando sus polímeros diseñados con precisión. La falsificación de dispositivos médicos es un problema importante. La Organización Mundial de la Salud estima que más del ocho por ciento de los dispositivos médicos en circulación son falsificaciones. El grupo de Lutz está construyendo e insertando polímeros de secuencia definida en dispositivos médicos como implantes oculares. Los polímeros se pueden extraer posteriormente e identificar mediante espectroscopía de masas en tándem.

"Cuando puedes almacenar código en una molécula, puedes imaginar que con una sola molécula puedes escribir algo, como el nombre de una empresa, un número de lote o fecha de producción, ", Dice Lutz." Tienes una molécula que puedes mezclar directamente con varios materiales, como plásticos o cerámicas. Podríamos poner la molécula en la pantalla de un teléfono inteligente, un dispositivo médico o un implante en el cuerpo. Incluso podríamos ponerlo en una valiosa bolsa de lujo ".