Quando si costruisce con le molecole, è importante capire come si attaccano l'uno all'altro. Il problema è che i metodi utilizzati per misurarlo sono essi stessi un fattore che influenza il processo. in oggi Comunicazioni sulla natura , ricercatori della TU Eindhoven, guidato dal professor Bert Meijer, presentare un metodo che escluda questa influenza e che possa misurare quanto velocemente piccole molecole si staccano da un'entità molecolare più grande disciolta in acqua. La particolarità di questo metodo è che viene normalmente utilizzato per un'applicazione completamente diversa.

Prima che un meccanico possa fare una macchina, ha bisogno di conoscere i componenti costitutivi. Lo stesso vale per la "costruzione" con le molecole, Per esempio, per creare capsule per trasportare farmaci attraverso il corpo umano o per realizzare un idrogel medico per la somministrazione locale di farmaci e la terapia con cellule staminali.

Monomeri per polimeri

Tali capsule o materiali tendono ad essere costituiti da polimeri che, a sua volta, sono costruiti con blocchi di costruzione più piccoli, o monomeri. Nelle molecole autoassemblanti questi monomeri formano da soli i polimeri, ad esempio sotto forma di lunghi fili o piccole palline in cui possono essere trasportati farmaci.

I monomeri in questi autoassemblanti, i polimeri supramolecolari non sono attaccati l'uno all'altro ma si attaccano leggermente l'uno all'altro. Questo dà ai monomeri la possibilità di staccarsi e riattaccarsi al polimero. La temperatura ambiente o l'acidità (pH) ha un'influenza su questa mobilità. Quindi è importante che i ricercatori o i produttori lo sappiano se vogliono impiegare capsule nel corpo umano dove la temperatura e il livello di acidità non sono gli stessi ovunque.

Deuterio invece di colorante

La misurazione di tale mobilità viene solitamente eseguita accoppiando un colorante alla molecola, ma il problema è che il colorante è più pesante della molecola e quindi ha un'influenza sul movimento stesso. Il dottorando René Lafleur, insieme alla collega Xianwen Lou, ha ora dimostrato che questo non è il caso quando si utilizza il metodo della "spettrometria di massa a scambio idrogeno/deuterio". Questo metodo è già utilizzato per studiare il ripiegamento delle proteine ​​- anche un tipo di polimero - ma fino ad oggi non è stato utilizzato per questa applicazione.

Quindi, come funziona? Una volta che i monomeri che sono stati disciolti in acqua si sono attaccati l'uno all'altro e hanno formato un polimero, i ricercatori li dissolvono in acqua pesante. I monomeri che si staccano dal polimero entrano in contatto con il deuterio nell'acqua pesante, per cui l'atomo di idrogeno viene sostituito da un atomo di deuterio, che è solo un po' più pesante. Il peso in più, però, è circa 450 volte più piccolo del colorante attualmente impiegato, e quindi questo peso extra non influisce sulla mobilità.

È possibile misurare movimenti più piccoli

La piccola variazione di massa può essere rilevata da Lafleur e Lou, e può essere misurato ancora una volta quando il monomero si riattacca al polimero. La velocità con cui i monomeri aumentano di massa fornisce quindi una misura della velocità con cui i monomeri si staccano dal polimero.

Un aspetto speciale dei risultati della ricerca è che mentre molti monomeri si staccano dal polimero in pochi minuti e quindi aumentano di massa, altri hanno bisogno di un periodo di ore o addirittura giorni per farlo. Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato che un piccolo cambiamento nella dimensione del monomero influisce sulla mobilità. I monomeri più grandi rimangono nel polimero più a lungo e sono meno mobili dei monomeri più piccoli. Queste differenze non potevano essere misurate prima perché le molecole di colorante impiegate erano troppo grandi; il metodo HDX-MS ora può anche misurare l'effetto delle piccole differenze nella dimensione delle molecole sulla mobilità delle molecole.