Использование химии «гость-хозяин» для молекулярных «липучек»
 Кубики из полимеров содержащих циклодекстрины и молекулы-гости взаимодействуют друг с другом при контакте. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Акира Харада и сотрудники из Университета Осаки использовали циклодекстрин в форме пончика в качестве молекулы «хозяина» и «гостей», которые «любят сидеть» внутри полости циклодекстрина и связаны с каждой отдельной полимерной цепью. Когда кубики из различных полимеров смешиваются в воде, они находят друг друга и удерживают. Они ведут себя так по той причине, что молекулы гостей на поверхности одного гелевого кубика находят и «садятся» внутрь молекул «хозяина» другого гелевого кубика.
Такой тип взаимодействия «гость-хозяин» хорошо известен из химии растворов, однако до сих пор не был применен на макроскопическом уровне. Фил Гейл из Университета Саутгемптона отметил, что данная идея одна из тех, которая одновременно и простая и элегантная: это явление кажется вполне очевидным, когда увидишь его. Поэтому странно, что ранее никто об этом не задумывался.
Polymer blobs stuck with molecular velcro
Биологические системы используют молекулярное распознавание для самосборки, и это вдохновило Хараду на использование аналогичного процесса для использования знаний химии «гость-хозяин» в реальном мире.
Взаимодействия «гость-хозяин» использованные группой являются селективными – различные «гости» предпочитают «сидеть» в различного размера циклодекстринах. Группа присоединила альфа-циклодекстрин и больший по размеру бета-циклодекстрин к полиакриламидным цепям и проделала тоже самое с адамантильные, н-бутильными и трет-бутильными группами. Даже когда различного рода гели были смешаны в одном сосуде, адамантильные и трет-бутилные гели присоединялись только к бета-циклодекстриновому гелю, а н-бутильные гели присоединялись только к альфа-циклодекстриновому гелю.
Гели Харады также показывают, насколько сильными могут быть взаимодействия «гость-хозяин» даже при отсутствии ковалентного связывания. Когда бета-циклодекстриновый и адамантильный гели связываются, взаимодействия «гость-хозяин» настолько сильны, что гелевые кубики разрушаются при попытке их разделить. Однако, другие гели связываются менее сильно и могут быть разделены.
Это прекрасная демонстрация возможностей взаимодействий между молекулами, которая приводит к макроскопическому взаимодействию между объектами в реальном мире, отмечает Гейл, специалист по молекулярному распознаванию и супрамолекулярной химии.
Харада планирует дальнейшие исследования с использованием различных внутримолекулярных взаимодействий, включая использование биологических молекул, и хотел бы попробовать его систему для присоединения к поверхностям клеток, возможно, для иммобилизации клеток на поверхностях. Он также предлагает другие способы медицинского использования его технологии, такие как склеивание ран полимером, который селективно взаимодействует с клетками кожи.
Источники: