(PhysOrg.com) - Físicos, Los químicos e ingenieros de la Universidad de Pensilvania han demostrado un método novedoso para la formación controlada de partículas irregulares. usando cargado, Moléculas autoensambladas que algún día pueden servir como vehículos de administración de medicamentos para combatir enfermedades y tal vez usarse en pequeñas baterías que almacenan y liberan carga.

Los investigadores demostraron que las cargas eléctricas positivas de los iones de calcio, al igual que el calcio en los dientes y los huesos, pueden formar puentes entre polímeros cargados negativamente que normalmente se repelerían entre sí. Los polímeros, similar a los lípidos que forman las membranas que rodean las células vivas, tienen una parte amante del agua vinculada a una parte repelente al agua. En las superficies de estos sacos de polímero del tamaño de una celda, los iones de calcio crean islas o parches ricos en calcio sobre el polímero cargado negativamente. Los iones de cobre también funcionan, y se puede hacer que los parches se fusionen y cubran la mitad de la partícula. Esta estructura polarizada es la disposición básica necesaria para configurar, por ejemplo, los dos electrodos de una batería microscópica. También podrían algún día funcionalizarse en sitios de acoplamiento para mejorar la entrega dirigida de partículas cargadas de fármaco a las células.

Si bien el concepto parece simple, que se atraen cargas opuestas, la creación y el control de parches en una pequeña partícula ha sido un desafío. Científicos como Dennis E. Discher, investigador principal del estudio y profesor de ingeniería química y biomolecular en Penn, están diseñando materiales a nanoescala porque las tecnologías futuras dependerán cada vez más de estructuras con superficies distintas y controladas. Médicos por ejemplo, mejorará las terapias médicas al envolver los medicamentos dentro de los sacos de polímero de bioingeniería, o creando pequeños sensores biomédicos. La producción y el almacenamiento de energía verde también requerirán estructuras con escalas que ya no midan en pulgadas, pero por micrómetros y nanómetros.

La colaboración involucró a profesores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn, la Facultad de Medicina y la Facultad de Artes y Ciencias, y demostrado, más específicamente, la unión selectiva de ligandos catiónicos multivalentes dentro de una mezcla de anfífilos polianiónicos y no iónicos que se ensamblan conjuntamente en sacos irregulares llamados vesículas o cilindros moleculares llamados micelas parecidas a gusanos. Se han explorado principios similares con los lípidos en el campo de la biofísica de membranas porque el calcio es clave para muchos procesos de señalización celular. El truco es que la energía de atracción de cargas opuestas debe ajustarse para encontrar un equilibrio con el gran precio entrópico para la localización en puntos. Si las atracciones son demasiado grandes, los iones precipitan, al igual que agregar demasiada azúcar al té o al café.

Usando un poco de ácido o un poco de base, las vesículas y cilindros de polímero en parches se pueden fabricar con tamaños ajustables, formas y espaciamientos. Los ensamblajes con parches grandes individuales se denominan ensamblajes Janus, nombrado en honor al dios romano de dos caras, y los ensamblajes generalmente duran años porque se trata de estructuras basadas en polímeros.

"El avance clave que presentamos en este estudio es la gama restringida de condiciones que se requieren para el autoensamblaje en estas soluciones, "Dijo Discher." Mostramos eso, además de polímeros, lípidos celulares cargados negativamente que participan en todo tipo de procesos de señalización celular como el movimiento celular y la mecánica del cáncer, También se pueden hacer dominios o islas con calcio ".

El trabajo es representativo de la investigación nacional en materia blanda, materiales construidos a partir de moléculas orgánicas como lípidos, péptidos y ácidos nucleicos. Un sistema molecular correctamente diseñado puede producir una amplia gama de nanoestructuras y microestructuras, emulando y ampliando lo que se encuentra en la naturaleza.

Más información: El estudio ha sido publicado como artículo de portada de la revista. Materiales de la naturaleza .

Fuente:Universidad de Pensilvania (noticias:web)