Los científicos de todo el mundo persiguen el objetivo de desarrollar receptores sintéticos capaces de reconocer moléculas biológicamente importantes. Aunque se han hecho muchos intentos para imitar la forma en que las bolsas de proteínas detectan el azúcar disuelto en agua con interacciones de enlace de hidrógeno, pocos lo han logrado, principalmente debido a la naturaleza interferente de las moléculas de agua. Ahora, un equipo de investigadores japoneses ha propuesto un enfoque completamente nuevo.

"Nuestro sistema de reconocimiento único se basa en interacciones especiales, conocidas como interacciones CH-π [término1], entre la sacarosa y las paredes internas de nuestra nanocápsula, "dice Michito Yoshizawa, quien co-diseñó el estudio con Masahiro Yamashina en el Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech). "Hasta donde sabemos, nadie ha aprovechado la interacción para desarrollar este tipo de sistema de reconocimiento antes ".

Con un diámetro de un nanómetro (una milmillonésima parte de un metro), la cavidad esférica de la cápsula tiene el tamaño justo para atrapar la molécula de sacarosa esférica de casi un nanómetro de largo. Sobre la base de la investigación anterior del equipo sobre el autoensamblaje molecular, la cápsula actúa formando una cavidad alrededor de la sacarosa, que luego queda completamente rodeado por múltiples paneles aromáticos [término2] (ver Figura 1).

Mezclando la cápsula, compuesto por dos iones metálicos y cuatro ligandos [término3], con sacarosa en agua en condiciones suaves, el equipo obtuvo una cápsula unida a sacarosa con un alto rendimiento. Publicado en Avances de la ciencia , una revista hermana de acceso abierto de Ciencias , la estructura del producto se confirmó utilizando métodos de espectrometría de masas y resonancia magnética nuclear de protones. Yoshizawa añade:"La cápsula es fácil de producir y manipular, y su estabilidad es muy alta ".

En una serie de experimentos para explorar cómo respondería la cápsula a diferentes tipos de azúcar, los investigadores hicieron tres observaciones:1) la cápsula no interactúa con monosacáridos como la glucosa y la fructosa, 2) entre los disacáridos comunes (por ejemplo, sacarosa lactosa, maltosa y trehalosa), solo sacarosa estaba encapsulada, y por lo tanto 3) incluso en mezclas de dos disacáridos (en los llamados experimentos de unión competitiva), la cápsula se unió a la sacarosa con una selectividad del 100%.

"Por lo general, es muy difícil diferenciar estos azúcares. Por ejemplo, sacarosa la lactosa y la maltosa tienen la misma fórmula molecular, lo que significa que tienen la misma cantidad de hidrógeno, átomos de oxígeno y carbono:solo su configuración es diferente, "dice Yoshizawa." Aún así, nuestra nanocápsula fue capaz de reconocer diferencias sutiles y capturar exclusivamente sacarosa ".

El equipo también examinó cómo respondía la cápsula a los azúcares artificiales comunes:aspartamo (conocido por ser unas 200 veces más dulce que la sacarosa) y sucralosa (unas 600 veces más dulce que la sacarosa). Se encontró que la preferencia de unión de la cápsula era del orden de la sucralosa, aspartamo y sacarosa, que refleja exactamente el orden en el que percibimos los niveles de dulzura.

Este hallazgo podría afectar a las industrias alimentaria y química al ayudar en la búsqueda de compuestos aún más dulces. Si estos nuevos compuestos se pueden encontrar y sintetizar fácilmente, Los edulcorantes artificiales podrían producirse de forma más rentable que los métodos existentes.

En el futuro, Yoshizawa dice que puede ser posible desarrollar "nanocápsulas de diseño" de varias formas y tamaños. Por último, estas cápsulas podrían utilizarse para el desarrollo de nuevas tecnologías de biosensores en los campos médico y medioambiental.