Illustrazione schematica dell'opera. Credito:John Wiley &Sons, Inc.
I ricercatori della Tohoku University in Giappone hanno collaborato con altri per sviluppare un modo semplice per creare e funzionalizzare particelle polimeriche simili a virus che hanno varie nanostrutture. La collaborazione include ricercatori dell'Università del Michigan negli Stati Uniti e del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in Germania.
Il controllo geometrico degli enzimi, anticorpi e altre proteine su particelle polimeriche è essenziale per realizzare reazioni a cascata osservate in un corpo vivente; sistemi di immunodosaggio altamente sensibili; e sistemi di somministrazione dei farmaci altamente efficienti. Date le reazioni enzimatiche si verificano passo dopo passo lungo gli enzimi allineati, le formazioni di tali array enzimatici sono cruciali per la realizzazione delle particelle.
Nei sistemi di immunodosaggio e nei sistemi di somministrazione di farmaci che utilizzano particelle polimeriche, la densità e l'allineamento degli anticorpi sulle particelle sono fattori molto importanti per ottenere sensibilità elevate. Un virus è una particella ideale date le sue nanostrutture e gruppi funzionali geometricamente controllati. Però, il controllo strutturale e la modifica chimica selettiva delle particelle di polimeri sintetici sono stati finora inaccessibili a causa delle loro complicate vie sintetiche.
I copolimeri diblock formano strutture a fase separata su scala nanometrica, e le composizioni macromolecolari possono controllare strutture e periodicità. In questo studio, Guillaume Delaittre e collaboratori di KIT sono riusciti a sintetizzare copolimeri diblocco idrofobici che hanno blocchi funzionalizzati. Divya Varadharajan del KIT e Hiroshi Yabu della Tohoku University hanno convertito quei copolimeri diblock in particelle nanostrutturate utilizzando un metodo di nanoprecipitazione da loro sviluppato.
(A) Rappresentazione schematica del blocco funzionalizzato delle nanoparticelle striate con cisteina. (B) Immagine STEM in campo scuro di nanoparticelle:le parti luminose (PI-1-3) rappresentano il segmento di poliisoprene (PI); le regioni scure rappresentano il segmento di polistirene (PS). (C) e (D) Analisi elementare della regione PI non funzionalizzata e della regione PS funzionalizzata, rispettivamente. (E) Mappa pixel del valore di grigio ottenuta integrando l'area nella regione contrassegnata in (B) che mostra i segmenti PS PS-1-2 e i segmenti PI PI-1-3 che mostrano pile alternate di S (rosso) e Os (verde) che rappresentano rispettivamente i segmenti PS e PI. Tutte le barre della scala rappresentano 50 nm. Credito:John Wiley &Sons, Inc.
Modifica delle condizioni di preparazione, dimensioni e morfologie delle particelle hanno portato al nucleo-guscio, lamelle impilate, e altre morfologie trovate. La struttura a lamelle sovrapposte, in cui entrambe le fasi polimeriche sono esposte alle superfici delle particelle, è stato scelto per la modificazione chimica selettiva.
Per visualizzare la modifica chimica selettiva del sito delle particelle, i coloranti fluorescenti sono stati fissati su una fase polimerica. Joerg Lahann dell'Università del Michigan ha identificato questa modifica chimica osservando la fluorescenza a forma di anello da nanodischi originati dallo smontaggio di lamelle impilate. Lahann ha utilizzato la microscopia a riduzione delle emissioni stimolate (STED) nel suo lavoro, che è uno dei metodi di microscopia a super risoluzione.
