Los polímeros covalentes de doble hélice, que son colecciones en espiral de los bloques de construcción de la naturaleza, son fundamentales para la vida misma, y todavía, a pesar de décadas de investigación, los científicos nunca han podido sintetizarlos en su totalidad como sus hermanos no helicoidales, hasta ahora.

Científicos, dirigido por un equipo de la Universidad de Colorado Boulder, han descifrado el código, creando versiones sintéticas de estas grandes moléculas similares al ADN por primera vez. Usando química covalente dinámica, que es una herramienta química iniciada por estos investigadores que se enfoca en interacciones de unión reversibles con capacidades de autocorrección, no solo pudieron construir un polímero covalente helicoidal que rivaliza con la sofisticación de los que se encuentran en la naturaleza, sino que también confirmaron su existencia con absoluta certeza mediante la difracción de rayos X de un solo cristal (una poderosa, forma no destructiva de caracterizar monocristales usando luz).

Previamente, los científicos solo han podido resolver partes individuales del rompecabezas. Este nuevo descubrimiento salió la semana pasada en Química de la naturaleza , aunque, lo completa, potencialmente abriendo este campo crítico y poco estudiado a nuevas investigaciones que podrían tener implicaciones en todo, desde la creación de enzimas artificiales, que ya ha tenido éxito en varias aplicaciones médicas, a la creación de materiales biomiméticos (materiales que imitan los procesos que se encuentran en la naturaleza).

"La gente rara vez puede ver lo que realmente sucede en los polímeros sintéticos en términos de ubicaciones espaciales de los átomos, interacciones entre cadenas, cómo se están uniendo, cómo se entrelazan y enrollan a nivel atómico, "dijo Wei Zhang, autor del estudio y profesor de química en CU Boulder. "Con monocristales, aunque, realmente podemos visualizar el átomo de forma experimental, los lazos, cuanto tiempo es, cómo interactúan. Es por eso que obtener la estructura monocristalina de un polímero es muy, muy importante ".

Los polímeros son sustancias o materiales formados por la acumulación de lotes de unidades similares (como glucosa y aminoácidos) que se unen de forma natural o sintética. Los polímeros de origen natural pueden incluir seda, lana, ADN proteínas, enzimas y celulosa, mientras que los polímeros sintéticos son fabricados por científicos o ingenieros e incluyen materiales como los plásticos.

Los polímeros sintéticos vienen en muchas formas dependiendo de su construcción, ya sean lineales o helicoidales, el número de hebras, y la longitud de las hebras. De aquellos, Los polímeros helicoidales han sido los más desafiantes para que los científicos los reproduzcan sintéticamente, siendo el bicatenario el más difícil de todos, hasta ahora limitado a oligómeros helicoidales cortos (un polímero con muy pocas unidades repetidas).

Es decir, hasta esta nueva investigación.

Zhang y sus colegas pudieron utilizar una herramienta química en la que fueron pioneros, química covalente dinámica, para construir un polímero helicoidal covalente similar al ADN. Cuando hicieron eso, la molécula grande no fue lo único que descubrieron.

También encontraron monocristales.

"Eso fue una agradable sorpresa, "comentó Zhang." Al final de la reacción, cuando notamos que había algunos cristales individuales brillantes en el fondo del recipiente de reacción, estábamos emocionados. Dijimos, "¡Guau! Está bien, démosle una oportunidad (difracción de rayos X). "Obtener un solo cristal de un polímero es extremadamente raro".

Usando difracción de rayos X de sincrotrón monocristalino, los investigadores pudieron confirmar, sin duda, que habían creado lo que antes era imposible.

Este descubrimiento aunque, es solo el comienzo tanto para ellos como para este campo crítico de estudio.

Después de sumergirse un poco más en la estructura en sí, los investigadores planean jugar y explorar la estructura en sí, viendo si pueden hacer los cristales más grandes (ahora son bastante pequeños), y si pueden controlar la quiralidad, o naturaleza espiral, del polímero, lo que podría tener amplias implicaciones para la catálisis (proceso de reacción química que utiliza catalizadores), transducción de señales (cómo se envían las señales a través de la celda) y aplicaciones de detección.

"Hay mucho diseño racional, síntesis, trabajo de relación estructura-propiedad que tenemos que hacer, ", Dijo Zhang." En última instancia, queremos demostrar que esta es una plataforma muy poderosa para el diseño inteligente de materiales biomiméticos ".