(PhysOrg.com) -- Fisici, chimici e ingegneri dell'Università della Pennsylvania hanno dimostrato un nuovo metodo per la formazione controllata di particelle a chiazze, utilizzando addebitato, molecole autoassemblanti che un giorno potrebbero fungere da veicoli per la somministrazione di farmaci per combattere le malattie e forse essere utilizzate in piccole batterie che immagazzinano e rilasciano carica.

I ricercatori hanno dimostrato che le cariche elettriche positive degli ioni calcio, proprio come il calcio nei denti e nelle ossa, possono formare ponti tra polimeri caricati negativamente che normalmente si respingono a vicenda. I polimeri, simili ai lipidi che formano le membrane che circondano le cellule viventi, hanno entrambe una parte amante dell'acqua collegata ad una parte idrorepellente. Sulle superfici di questi sacchi polimerici delle dimensioni di una cella, gli ioni calcio creano isole o macchie ricche di calcio sopra un polimero caricato negativamente. Anche gli ioni di rame funzionano, e le toppe possono essere fatte fondere e coprire metà della particella. Questa struttura polarizzata è la disposizione di base necessaria per impostare, Per esempio, i due elettrodi di una batteria microscopica. Potrebbero anche essere funzionalizzati un giorno in siti di attracco per migliorare la consegna mirata di particelle cariche di farmaco alle cellule.

Anche se il concetto sembra semplice, che le cariche opposte si attraggono, la creazione e il controllo di patch su una piccola particella è stata una sfida. Scienziati come Dennis E. Discher, ricercatore principale dello studio e professore di ingegneria chimica e biomolecolare alla Penn, stanno progettando materiali su scala nanometrica perché le tecnologie future si baseranno sempre più su strutture con superfici distinte e controllate. Medici, Per esempio, migliorerà le terapie mediche avvolgendo i farmaci all'interno dei sacchi polimerici bioingegnerizzati, o creando minuscoli sensori biomedici. La produzione e lo stoccaggio di energia verde richiederanno anche strutture con scale non più misurate in pollici, ma da micrometri e nanometri.

La collaborazione ha coinvolto docenti della Penn's School of Engineering and Applied Science, la Scuola di Medicina e la Scuola di Arti e Scienze, e dimostrato, più specificamente, il legame selettivo di ligandi cationici multivalenti all'interno di una miscela di anfifili polianionici e non ionici che si assemblano tutti in sacchi irregolari chiamati vescicole o cilindri molecolari chiamati micelle vermiformi. Principi simili sono stati esplorati con i lipidi nel campo della biofisica delle membrane perché il calcio è la chiave per molti processi di segnalazione cellulare. Il trucco è che l'energia di attrazione delle cariche opposte deve essere regolata per trovare un equilibrio con il grande prezzo entropico per la localizzazione nei punti. Se le attrazioni sono troppo grandi, gli ioni precipitano, proprio come aggiungere troppo zucchero al tè o al caffè.

Usando un po' di acido o un po' di base, le vescicole e i cilindri polimerici a chiazze possono essere realizzati con dimensioni regolabili, forme e spazi. Gli assembly con singole patch di grandi dimensioni sono chiamati assembly Janus, prende il nome dal dio romano dalla doppia faccia, e gli assemblaggi generalmente durano anni perché si tratta di strutture a base di polimeri.

"Il progresso chiave che presentiamo in questo studio è la gamma ristretta di condizioni richieste per l'autoassemblaggio in queste soluzioni, " Discher ha detto. "Lo dimostriamo, oltre ai polimeri, lipidi cellulari caricati negativamente che sono coinvolti in tutti i tipi di processi di segnalazione cellulare come il movimento cellulare e la meccanica del cancro, può anche creare domini o isole con il calcio."

Il lavoro è rappresentativo della ricerca nazionale sulla materia soffice, materiali costituiti da molecole organiche come i lipidi, peptidi e acidi nucleici. Un sistema molecolare adeguatamente progettato può produrre una vasta gamma di nanostrutture e microstrutture, emulando ed estendendo ciò che si trova in natura.

Maggiori informazioni: Lo studio è stato pubblicato come articolo di copertina sulla rivista Materiali della natura .

Fonte:Università della Pennsylvania (notizie:web)