Traendo ispirazione dalla natura, i ricercatori stanno realizzando polimeri con composizioni sempre più precise su richiesta. Utilizzando strumenti di sintesi multistep estratti dalla biologia, biochimica e sintesi organica, un gruppo sta segnalando che sta sviluppando polimeri sintetici di altissima precisione con lunghezze di catena e sequenze di monomeri controllate con precisione. Le risultanti macromolecole contenenti informazioni possono essere utilizzate per l'archiviazione dei dati, tecnologie anticontraffazione e di tracciabilità.

I ricercatori presenteranno oggi i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Spring 2019 National Meeting &Exposition.

"Ci sono fondamentalmente due tipi di polimeri, "dice Jean-François Lutz, dottorato di ricerca "Un tipo è di plastica, che è fatto dall'uomo. L'altro tipo è chiamato biopolimero, ed è una molecola molto più definita. Infatti, gli esseri umani sono per lo più costruiti con polimeri:DNA e proteine".

Le tecniche convenzionali di fabbricazione chimica possono produrre polimeri di lunghezze e sequenze irregolari. Ma, Lutz note, la natura è più precisa. C'è un'enorme differenza nella qualità strutturale tra polimeri artificiali e biologici, lui spiega. "Lo scopo del nostro lavoro è colmare il divario:creare polimeri sintetici usando l'ispirazione biologica".

In genere, polimeri a sequenza controllata possono essere costruiti mediante polimerizzazione a catena oa stadi. Entrambi gli approcci possono ottenere catene polimeriche di diverse lunghezze. Però, quando diversi monomeri vengono combinati in polimeri, varieranno nella composizione e nella sequenza da catena a catena. Tali polimeri non sono ideali per applicazioni, come la codifica, in cui un preciso, è necessaria una struttura uniforme.

Lutz e il suo gruppo all'Institut Charles Sadron hanno lavorato alla costruzione di molecole sintetiche con la stessa precisione e uniformità delle macromolecole biologiche. "Abbiamo preso l'ispirazione iniziale dal DNA, che è un polimero composto da quattro monomeri:adenina, timina, guanina e citosina, "Lutz dice. "Sebbene il DNA sia un polimero che codifica per le stesse informazioni che ci rendono umani - un risultato importante - non è davvero la struttura migliore per molte altre cose. Abbiamo pensato che forse avremmo potuto creare un polimero altrettanto ricco di informazioni, ma migliora la struttura in modo che possa essere utilizzata per una varietà di applicazioni."

Il gruppo costruisce i suoi polimeri sintetici con strutture primarie completamente controllate utilizzando la chimica iterativa in fase solida, un processo che è stato originariamente sviluppato per produrre peptidi, o brevi frammenti di proteine. Negli ultimi anni, il team ha prodotto polimeri su misura per applicazioni di archiviazione dati. In questi polimeri, ogni monomero o subunità rappresenta una specifica informazione. Finora, i ricercatori hanno creato minuscoli dispositivi di memorizzazione dei dati realizzati con polimeri codificati in sequenza a strati. Recentemente, hanno anche studiato la cristallizzazione di polimeri sintetici codificati e hanno osservato che i bit molecolari che contengono occupano volumi molto più piccoli dei nucleotidi nel DNA. "I polimeri abiotici codificati in sequenza sono ora ben oltre la prova del concetto, "Lutz dice. "Siamo stati il ​​primo gruppo. Ora è una tendenza o un campo nella chimica dei polimeri".

Lutz ritiene che entro i prossimi 10 anni, il suo gruppo introdurrà sul mercato tecnologie anticontraffazione e di tracciabilità utilizzando i propri polimeri su misura. La contraffazione dei dispositivi medici è un problema significativo. L'Organizzazione Mondiale della Sanità stima che più dell'otto per cento dei dispositivi medici in circolazione siano contraffatti. Il gruppo di Lutz sta costruendo e inserendo polimeri in sequenza definita in dispositivi medici come gli impianti oculari. I polimeri possono essere estratti in seguito e identificati mediante spettroscopia di massa tandem.

"Quando puoi memorizzare il codice in una molecola, puoi immaginare che con una singola molecola puoi scrivere qualcosa, come il nome di una società, un numero di lotto o una data di produzione, " Dice Lutz. "Hai una molecola che puoi fondere direttamente con vari materiali, come plastica o ceramica. Potremmo mettere la molecola nello schermo di uno smartphone, un dispositivo medico o un impianto nel corpo. Potremmo persino metterlo in una costosa borsa di lusso".