Acquisendo il controllo sulla forma, dimensione e composizione durante l'assemblaggio della molecola sintetica, i ricercatori possono iniziare a sondare come questi fattori influenzano la funzione dei materiali morbidi. Trovare queste risposte potrebbe aiutare a far progredire la virologia, sviluppo della somministrazione di farmaci e creazione di nuovi materiali.

"Ci siamo avvicinati a questo nuovo concetto di ricerca non cercando di risolvere un problema, ma chiedendosi cosa è possibile quando si tratta di sintesi di molecole molli, " disse Damien Guironnet, un professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign e autore principale di un nuovo studio. "E se potessimo ottenere il controllo su cose come la forma, dimensione e composizione durante la sintesi molecolare:cosa significa?"

I risultati sono riportati nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Per anni, gli scienziati hanno lottato per chiarire come la forma e le dimensioni delle nanoparticelle influenzino il loro comportamento all'interno dei tessuti viventi, hanno detto i ricercatori. "La dimensione delle molecole sintetiche che stiamo creando corrisponde alla dimensione dei virus, " disse Dylan Walsh, uno studente laureato in ingegneria chimica e biomolecolare e coautore di studi. "Le osservazioni fatte dal controllo di questi fattori consentiranno ai ricercatori di sondare questo tipo di domande".

Il team ha combinato tecniche classiche di sintesi chimica e principi di base dell'ingegneria chimica. Hanno introdotto un controllo preciso sulla sequenza di formazione del polimero tramite la portata dei mattoni utilizzati. Alterando la portata, il nuovo processo può produrre materia soffice con architetture uniche, hanno detto i ricercatori.

"Usiamo modelli matematici per prevedere la forma, dimensione e composizione delle molecole creiamo e utilizziamo la sintesi guidata dal computer in laboratorio per regolare la portata delle miscele che controllano l'architettura del polimero, " disse Guironnet.

I ricercatori hanno ritenuto che non fosse sufficiente affermare semplicemente che possono farlo, ma avevano bisogno di dimostrarlo.

"La nostra modellazione matematica non include alcuna ipotesi, quindi non c'è davvero nient'altro che può essere formato oltre a ciò che modelliamo, ma la matematica non è qualcosa che puoi vedere, " disse Guironnet. "La forma è qualcosa che possiamo vedere, e siamo stati in grado di verificare con l'imaging microscopico che abbiamo formato polimeri coerenti con ciò che avevamo previsto".

Il team ha raggiunto questo obiettivo con molecole sintetiche solubili in solventi organici, ma il prossimo passo sarà passare alle molecole idrosolubili. "Se vogliamo veramente comprendere meglio la nostra risposta immunitaria e migliorare la specificità della somministrazione dei farmaci, abbiamo bisogno che siano solubili in acqua in modo che possano funzionare nel nostro corpo, " disse Guironnet.

I ricercatori considerano questo lavoro come un grande passo avanti nel progresso della scienza dei polimeri sintetici di materiali morbidi.

"Abbiamo accesso a nuovi elementi costitutivi, e ora possiamo lavorare per capire come possiamo usare questi blocchi per assemblare nuovi materiali a livello molecolare, " ha detto Walsh. "Pensiamo che sia come giocare con i Lego per vedere come la forma dei singoli blocchi di costruzione influenza il prodotto finale".