Scienziati di tutto il mondo perseguono l'obiettivo di sviluppare recettori sintetici in grado di riconoscere molecole biologicamente importanti. Sebbene siano stati fatti molti tentativi per imitare il modo in cui le tasche proteiche rilevano lo zucchero disciolto in acqua con interazioni di legame idrogeno, pochi ci sono riusciti, principalmente a causa della natura interferente delle molecole d'acqua. Ora, un team di ricercatori giapponesi ha proposto un approccio completamente nuovo.

"Il nostro esclusivo sistema di riconoscimento si basa su interazioni speciali, note come interazioni CH-π[termine1], tra il saccarosio e le pareti interne della nostra nanocapsula, "dice Michito Yoshizawa, che ha co-progettato lo studio con Masahiro Yamashina al Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech). "Per quello che ci risulta, nessuno ha mai sfruttato l'interazione per sviluppare questo tipo di sistema di riconoscimento prima d'ora."

Con un diametro di un nanometro (un miliardesimo di metro), la cavità sferica della capsula è della dimensione giusta per catturare la molecola di saccarosio sferica e lunga quasi un nanometro. Basandosi sulla precedente ricerca del team sull'autoassemblaggio molecolare, la capsula agisce formando una cavità attorno al saccarosio, che poi diventa completamente circondato da più pannelli aromatici[term2] (vedi Figura 1).

Mescolando la capsula, composto da due ioni metallici e quattro ligandi[termine3], con saccarosio in acqua in condizioni miti, il team ha ottenuto una capsula legata al saccarosio con una resa elevata. Pubblicato in Progressi scientifici , una rivista gemella ad accesso aperto di Scienza , la struttura del prodotto è stata confermata utilizzando metodi di risonanza magnetica nucleare protonica e spettrometria di massa. Yoshizawa aggiunge:"La capsula è facile da produrre e maneggiare, e la sua stabilità è molto alta."

In una serie di esperimenti per esplorare come la capsula avrebbe risposto a diversi tipi di zucchero, i ricercatori hanno fatto tre osservazioni:1) la capsula non interagisce con i monosaccaridi come glucosio e fruttosio, 2) tra i disaccaridi comuni (ad esempio, saccarosio, lattosio, maltosio e trealosio), solo il saccarosio è stato incapsulato, e quindi 3) anche in miscele di due disaccaridi (nei cosiddetti esperimenti di legame competitivo), il saccarosio legato alla capsula con una selettività del 100%.

"Di solito è molto difficile distinguere questi zuccheri. Ad esempio, saccarosio, lattosio e maltosio hanno la stessa formula molecolare, nel senso che hanno lo stesso numero di idrogeno, atomi di ossigeno e carbonio:solo la loro configurazione è diversa, " dice Yoshizawa. "Eppure, la nostra nanocapsula è stata in grado di riconoscere sottili differenze e catturare esclusivamente il saccarosio".

Il team ha anche esaminato come la capsula ha risposto ai comuni zuccheri artificiali:aspartame (noto per essere circa 200 volte più dolce del saccarosio) e sucralosio (circa 600 volte più dolce del saccarosio). La preferenza di legame della capsula è risultata essere nell'ordine del sucralosio, aspartame e saccarosio, che rispecchia esattamente l'ordine in cui percepiamo i livelli di dolcezza.

Questa scoperta potrebbe avere un impatto sulle industrie alimentari e chimiche aiutando nella ricerca di composti ancora più dolci. Se questi nuovi composti possono essere trovati e sintetizzati facilmente, i dolcificanti artificiali potrebbero essere prodotti in modo più conveniente rispetto ai metodi esistenti.

In futuro, Yoshizawa afferma che potrebbe essere possibile sviluppare "nanocapsule di design" di varie forme e dimensioni. In definitiva, queste capsule potrebbero essere utilizzate per lo sviluppo di nuove tecnologie di biosensori in campo medico e ambientale.