I polimeri covalenti a doppia elica, che sono raccolte a spirale di elementi costitutivi della natura, sono fondamentali per la vita stessa, e ancora, nonostante decenni di ricerche, gli scienziati non sono mai stati in grado di sintetizzarli nella loro interezza come i loro fratelli non elicoidali, fino ad ora.

Scienziati, guidato da un team dell'Università del Colorado Boulder, hanno decifrato il codice, creando per la prima volta versioni sintetiche di queste grandi molecole simili al DNA. Utilizzando la chimica covalente dinamica, che è uno strumento chimico introdotto da questi ricercatori che si concentra sulle interazioni di legame reversibili con capacità di autocorrezione, sono stati in grado non solo di costruire un polimero covalente elicoidale che rivaleggia con la raffinatezza di quelli presenti in natura, ma di confermarne l'esistenza con assoluta certezza utilizzando la diffrazione dei raggi X a cristallo singolo (un potente, modo non distruttivo per caratterizzare i singoli cristalli usando la luce).

In precedenza, gli scienziati sono stati in grado di risolvere solo singole parti del puzzle. Questa nuova scoperta è uscita la scorsa settimana in Chimica della natura , anche se, lo completa, potenzialmente aprendo questo campo critico e poco studiato a nuove ricerche che potrebbero avere implicazioni su tutto, dalla creazione di enzimi artificiali, che ha già riscontrato successo in diverse applicazioni mediche, alla creazione di materiali biomimetici (materiali che imitano i processi presenti in natura).

"Le persone molto raramente possono vedere cosa sta realmente accadendo nei polimeri sintetici in termini di posizioni spaziali degli atomi, interazioni intercatena, come stanno legando, come si attorcigliano e si snodano a livello atomico, " disse Wei Zhang, un autore dello studio e un professore di chimica alla CU Boulder. "Con i singoli cristalli, anche se, possiamo davvero visualizzare sperimentalmente l'atomo, i legami, quanto tempo è, come interagiscono. Ecco perché ottenere la struttura monocristallina di un polimero è molto, un affare molto grosso."

I polimeri sono sostanze o materiali formati dall'accumulo di molti più piccoli, unità simili (come glucosio e amminoacidi) che si legano insieme naturalmente o sinteticamente. I polimeri naturali possono includere seta, lana, DNA, proteine, enzimi e cellulosa, considerando che i polimeri sintetici sono prodotti da scienziati o ingegneri e includono materiali come la plastica.

I polimeri sintetici sono disponibili in molte forme a seconda della loro costruzione, che siano lineari o elicoidali, il numero di fili, e la lunghezza dei fili. Di quelli, i polimeri elicoidali sono stati i più difficili da replicare sinteticamente per gli scienziati, con il doppio filamento che è il più difficile di tutti, finora limitato ai soli oligomeri elicoidali corti (un polimero con pochissime unità ripetitive).

Questo è, fino a questa nuova ricerca.

Zhang e colleghi sono stati in grado di utilizzare uno strumento chimico di cui sono stati pionieri, chimica covalente dinamica, per costruire un polimero elicoidale covalente simile al DNA. Quando lo fecero, la grande molecola non è stata l'unica cosa che hanno scoperto.

Hanno anche trovato cristalli singoli.

"È stata una bella sorpresa, " ha commentato Zhang. "Alla fine della reazione quando abbiamo notato che c'erano alcuni cristalli singoli luccicanti che giacevano sul fondo del recipiente di reazione, eravamo entusiasti. Noi abbiamo detto, "Wow! Ok, diamo un'occhiata (diffrazione a raggi X)." Ottenere un singolo cristallo di un polimero è estremamente raro."

Utilizzando la diffrazione di raggi X di sincrotrone a cristallo singolo, i ricercatori sono stati in grado di confermare, senza dubbio, che avevano creato ciò che prima era impossibile.

Questa scoperta, anche se, è solo l'inizio sia per loro che per questo campo critico di studio.

Dopo essersi tuffati un po' più a fondo nella struttura stessa, i ricercatori hanno in programma di giocare ed esplorare la struttura stessa, vedendo se riescono a rendere i cristalli stessi più grandi (in questo momento sono abbastanza piccoli), e se possono controllare la chiralità, o natura a spirale, del polimero, che potrebbe avere ampie implicazioni per la catalisi (processo di reazione chimica che utilizza catalizzatori), trasduzione del segnale (come i segnali vengono inviati attraverso la cellula) e applicazioni di rilevamento.

"C'è molto design razionale, sintesi, rapporto struttura-proprietà lavoro che dobbiamo fare, " ha detto Zhang. "In definitiva, vogliamo dimostrare che questa è una piattaforma molto potente per la progettazione intelligente di materiali biomimetici".