Un equipo de científicos de la Universidad de Vermont ha inventado una nueva herramienta, la llaman "nanojaula", que puede atrapar y enderezar marañas de polímeros del tamaño de una molécula.

Una vez que se abre una hebra de polímero con nudos, ya sea de proteína o de plástico, "entonces podemos activar solo los polímeros que queramos, dejando al resto solo, ", dice el químico de UVM Severin Schneebeli, quien dirigió la nueva investigación. Esta herramienta, que funciona un poco como tirar de un rollo de hilo a través del agujero de una aguja," abre una nueva forma de crear materiales personalizados que nunca antes se habían fabricado, ", dice. Estos podrían incluir recubrimientos de píldoras a nanoescala que envuelven moléculas individuales de medicina o nuevos productos industriales ensamblados a partir de hebras de plástico dispuestas con precisión a escala atómica.

La herramienta, compuesto por bordes moleculares con enlaces de hidrógeno especiales que "dirigen la forma", y miles de veces más pequeños que la cabeza de un alfiler, pueden seleccionar hebras más cortas de un polímero, dejando atrás los más largos, demostrando que la nanojaula puede usarse para encontrar selectivamente tamaños particulares de moléculas en una sopa de material. "Es selectivo y nunca se ha hecho antes, ", Dice Schneebeli. Esta investigación es la primera vez que la ciencia ha podido distinguir y activar cadenas de polímeros de diferentes tamaños en un laboratorio, lo que abre la puerta a nuevas posibilidades para la química de precisión.

La nueva investigación fue publicada en la edición de junio de la revista. Chem .

La naturaleza sabe

Las habilidades de la nanojaula son nuevas para la ciencia, pero no para la naturaleza. Durante miles de millones de años, la vida ha desarrollado formas de seleccionar sólo el trozo de proteína u otro nudo biológico que quiere desatar y activar, lo que los científicos llaman "funcionalizar". Pero la gente ha tenido dificultades para hacer lo mismo. "A pesar de muchos ejemplos en biología, "escriben los científicos de UVM, "La modificación eficiente y selectiva de polímeros artificiales sigue siendo difícil".

Ya sea alterando hebras biológicas, como el ADN, o materiales industriales, como los plásticos, la nueva herramienta en forma de tetraedro promete permitir a los científicos hacer lo que la naturaleza ya hace bien. "Se necesitaron años de arduo trabajo en el laboratorio para ensamblar este tetraedro antes de que pudiéramos probarlo, "dice Mona Sharafi, el autor principal del nuevo estudio, e investigador postdoctoral en la Universidad de Vermont que llegó a los Estados Unidos desde Irán. "Es completamente hecho por el hombre", dice, "pero inspirado por la naturaleza".

Polímeros potentes

La palabra polímero proviene de un par de palabras griegas que significan "muchas partes". Y los polímeros son solo eso:materiales hechos de enormes moléculas compuestas por muchas partes repetidas. Se encuentran en muchos productos de uso diario. Algunos son naturales como caucho y goma laca. Muchos son sintéticos y se utilizan para producir gran parte del material de la vida cotidiana, desde bolsas de la compra hasta pañales, ropa para cañerías de agua. Los polímeros se pueden encontrar en ordenados y largos hilos a nivel molecular, o pueden estar atados en horribles nudos como mil millones de hilos de microespagueti.

La naturaleza ha tenido eones para descubrir cómo sintetizar estas enormes moléculas:biopolímeros, como el ADN, y cómo editar y activar partes seleccionadas. La gente se ha vuelto bastante buena en la fabricación de nuevos polímeros sintéticos, pero no tanto en la selección y edición de los mismos. Muchos científicos e ingenieros, que trabajan en nuevas aplicaciones de energía renovable (p. Ej., células solares de próxima generación), Medicina de precisión (como la administración de medicamentos contra el cáncer a partes específicas del cuerpo) y electrónica avanzada (incluidos dispositivos flexibles):le gustaría tener un mayor control y eficiencia al trabajar con lo que el equipo de UVM llama "polímeros funcionales con topologías complejas". Con el apoyo de la National Science Foundation y los National Institutes of Health (que apoyaron los estudios computacionales, dirigida por el químico de UVM Jianing Li), la investigación sobre la nanojaula proporciona una nueva herramienta para hacerlo:"desatar el nudo, polímeros de apertura que antes hubieran sido inaccesibles, "dice Mona Sharafi de UVM." Hemos abierto algo grande ".