Un team di chimici dell'Università della California di San Diego ha condotto una ricerca rivoluzionaria per la scienza dei materiali, un campo per il quale la chimica fornisce spesso informazioni sulla struttura e sulla composizione dei materiali, così come i processi per realizzarli e utilizzarli. Il suo scopo è creare nuovi materiali, da metalli e gomma a rivestimenti e cristalli.
I ricercatori del Dipartimento di Chimica e Biochimica hanno raggiunto questo obiettivo mescolando materiali improbabili per creare una nuova forma ibrida di materia cristallina che potrebbe cambiare la pratica della scienza dei materiali. Le scoperte, pubblicato in Natura , presentare potenziali benefici per la medicina e l'industria farmaceutica.
Ling Zhang, Jake Bailey e Rohit Subramanian, tutti i dottorati candidati che studiano sotto il professor Akif Tezcan, cristalli proteici combinati con polimeri sintetici per creare i nuovi materiali ibridi.
"L'integrazione chimica di due sostanze così disparate dà origine a una nuova forma di materia che elude completamente la limitazione fondamentale che le sostanze ordinate sono fragili e inflessibili, e i materiali flessibili sono privi di ordine, " ha spiegato Tezcan, che gestisce Tezcan Lab presso l'UC San Diego.
I cristalli sono array di atomi o molecole periodicamente ordinati nello spazio tridimensionale attraverso interazioni specifiche. Poiché queste interazioni tengono i costituenti vicini in una disposizione unica, cristalli, come grani di sale, per esempio, non può flettersi o espandersi. Anziché, se colpito da una forza contundente, si frantumano in pezzi che non possono ricongiungersi. I ricercatori hanno aggirato queste limitazioni fondamentali infondendo cristalli proteici con una rete di polimeri idrogel, che sono essenzialmente flosci, catene appiccicose che formano uno stampo a memoria di forma attorno alle molecole proteiche. Questo stampo consente ai cristalli proteici di guarire se stessi quando si rompono, così come espandersi (a volte fino al 500 percento in volume) e contrarsi senza perdere la loro cristallinità. Infatti, i ricercatori dell'UC San Diego hanno osservato che in alcuni casi l'ordine a livello atomico delle molecole proteiche aumentava al momento dell'espansione e della contrazione. L'aumento dell'ordine ha consentito ai ricercatori di utilizzare la radiazione a raggi X per ottenere strutture a risoluzione più elevata rispetto a quelle mai osservate per una proteina chiamata ferritina (prodotta in una varietà di organismi per immagazzinare il ferro).
Secondo Tezcan, questi risultati offrono la promessa per l'utilizzo della strategia in generale per migliorare la cristallografia a raggi X delle proteine, il metodo predominante per esaminare le strutture e le funzioni atomiche. Gli ibridi cristallo-idrogel forniscono anche un modello per realizzare materiali allo stesso tempo resistenti e resistenti in grado di resistere alla frattura. Cosa c'è di più, la capacità di questi materiali di espandersi e contrarsi può forse essere utilizzata per immagazzinare in modo sicuro grandi agenti biologici come anticorpi e acidi nucleici, e poi rilasciarli nelle posizioni desiderate nel corpo per scopi terapeutici.
"Questi materiali combinano in modo univoco l'ordine strutturale e la periodicità dei cristalli molecolari, l'adattabilità e le proprietà meccaniche regolabili dei polimeri sintetici, e la versatilità chimica dei mattoni delle proteine, " ha detto Tezcan. "La parte più divertente di questo lavoro è stata il modo in cui ha combinato diverse discipline e tecniche in modi imprevisti per creare nuove direzioni di ricerca".
