I ricercatori della McGill University hanno impresso chimicamente particelle polimeriche con filamenti di DNA, una tecnica che potrebbe portare a nuovi materiali per applicazioni che vanno dalla biomedicina al promettente campo della "robotica morbida".

In uno studio pubblicato su Chimica della natura , i ricercatori descrivono un metodo per creare particelle polimeriche asimmetriche che si legano insieme in modo spazialmente definito, il modo in cui gli atomi si uniscono per formare le molecole.

Sebbene i polimeri siano utilizzati in tutto, dall'abbigliamento e dall'imballaggio alimentare alla stampa 3D e all'elettronica, la maggior parte delle strutture polimeriche autoassemblate è stata limitata a forme simmetriche come forme sferiche o cilindriche. Recentemente, però, gli scienziati si sono concentrati sulla creazione di strutture polimeriche non simmetriche, ad esempio particelle "Janus" con due "facce" diverse, e stanno iniziando a scoprire nuove interessanti applicazioni per questi materiali. Un esempio:la robotica realizzata con morbidi, strutture flessibili che possono cambiare forma in risposta a stimoli esterni.

Il metodo descritto nel Chimica della natura paper "introduce un livello di organizzazione programmabile che è attualmente difficile da raggiungere nella chimica dei polimeri, " dice il professore di chimica McGill Hanadi Sleiman, autore senior dello studio. "Copiare chimicamente le informazioni contenute nelle nanostrutture di DNA offre una potente soluzione al problema delle dimensioni, forma e controllo direzionale per materiali polimerici."

Usare le gabbie del DNA come stampi

Il nuovo studio si basa su una tecnica sviluppata nel 2013 dal gruppo di ricerca di Sleiman per realizzare "gabbie" su nanoscala da filamenti di DNA, e riempirli con catene polimeriche simili a lipidi che si piegano insieme in una particella a forma di palla che può contenere carichi come molecole di farmaci.

Per fare un ulteriore passo avanti nell'impresa di nanoingegneria, Sleiman e il suo studente di dottorato Tuan Trinh hanno collaborato con i colleghi dell'Università del Vermont e della Texas A&M University in Qatar. Insieme, i ricercatori hanno sviluppato un metodo per imprimere sulla sfera polimerica filamenti di DNA disposti secondo orientamenti prestabiliti. Le gabbie possono quindi essere disfatte, lasciando dietro di sé particelle polimeriche impresse sul DNA in grado di autoassemblarsi - proprio come il DNA, stesso - in modelli pre-progettati. Poiché le gabbie del DNA vengono utilizzate come "stampo" per costruire la particella polimerica, la dimensione delle particelle e il numero di unità molecolari nel polimero possono essere controllati con precisione, dice Sleiman, che detiene la cattedra di ricerca canadese in DNA Nanoscience.

Le strutture polimeriche asimmetriche potrebbero essere utilizzate eventualmente in una gamma di applicazioni, dicono i ricercatori. Un potenziale esempio:particelle polimeriche multiscomparto, con ogni compartimento che incapsula un farmaco diverso che potrebbe essere somministrato utilizzando stimoli diversi in momenti diversi. Un'altra possibilità:membrane porose asimmetriche, quindi dirigono le molecole lungo percorsi specifici per separarsi poi.