Ricercatori dell'Università dell'Illinois e dell'Università del Massachusetts, Amherst ha compiuto i primi passi per ottenere il controllo sull'autoassemblaggio dei materiali sintetici nello stesso modo in cui la biologia forma i polimeri naturali. Questo progresso potrebbe rivelarsi utile nella progettazione di nuovi bioispirati, materiali intelligenti per applicazioni che vanno dalla somministrazione di farmaci al rilevamento fino alla bonifica dei contaminanti ambientali.

proteine, che sono polimeri naturali, utilizzare blocchi di aminoacidi per collegare insieme lunghe catene molecolari. La posizione specifica di questi elementi costitutivi, chiamati monomeri, all'interno di queste catene crea sequenze che dettano la struttura e la funzione di un polimero. Nel diario Comunicazioni sulla natura , i ricercatori descrivono come utilizzare il concetto di sequenziamento dei monomeri per controllare la struttura e la funzione del polimero sfruttando una proprietà presente sia nei polimeri naturali che in quelli sintetici:la carica elettrostatica.

"Le proteine ​​codificano le informazioni attraverso una precisa sequenza di monomeri. Tuttavia, questo preciso controllo sulla sequenza è molto più difficile da controllare nei polimeri sintetici, quindi c'è stato un limite alla qualità e alla quantità di informazioni che possono essere archiviate, " ha detto Carlo Cantare, professore di ingegneria chimica e biomolecolare all'Illinois e coautore dello studio. "Anziché, possiamo controllare il posizionamento della carica lungo le catene di polimeri sintetici per guidare i processi di autoassemblaggio".

"Il nostro studio si concentra su una classe di polimeri, chiamati coacervati, che si separano come olio e acqua e formano una sostanza gelatinosa, " ha detto Sarah Perry, un coautore dello studio e l'Università del Massachusetts, Professore di ingegneria chimica ad Amherst, così come un alunna dell'Illinois.

Attraverso una serie di esperimenti e simulazioni al computer, i ricercatori hanno scoperto che le proprietà dei gel carichi risultanti possono essere regolate modificando la sequenza delle cariche lungo la catena polimerica.

"I produttori usano comunemente i coacervati nei cosmetici e nei prodotti alimentari per incapsulare aromi e additivi, e come un modo per controllare la "sensazione" del prodotto, " Ha detto Sing. "La sfida è stata se hanno bisogno di cambiare la trama o lo spessore, avrebbero dovuto cambiare il materiale utilizzato."

Sing e Perry dimostrano che possono riorganizzare la struttura delle catene polimeriche regolando la loro carica per progettare le proprietà desiderate. "Ecco come la biologia crea l'infinita diversità della vita con solo un piccolo numero di elementi costitutivi molecolari, Perry ha detto. "Prevediamo di portare questo concetto di bioispirazione al punto di partenza utilizzando coacervati in applicazioni biomediche e ambientali".

I risultati di questa ricerca aprono un numero enorme di opportunità per espandere la diversità dei polimeri utilizzati e la scala delle applicazioni, hanno detto i ricercatori. "Attualmente, stiamo lavorando con materiali su macroscala - cose che possiamo vedere e toccare, " Sing ha detto. "Speriamo di espandere questo concetto nel regno della nanotecnologia, anche."