Scienziati del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) e dell'Università di Tokyo hanno sviluppato una tecnica per la conversione reversibile di vescicole lipidiche 3-D in nanofogli ultrasottili 2-D. Sia i nanosheet stabili che il processo di conversione 2-D-3-D reversibile possono trovare varie applicazioni nel settore farmaceutico, bioingegneria, cibo, e scienze cosmetiche.

Un numero sorprendente di recenti progressi tecnologici e nuove applicazioni ingegneristiche va di pari passo con i progressi nel campo della scienza dei materiali. La progettazione e la manipolazione dei materiali su scala nanometrica (ovvero, nell'ordine dei miliardesimi di metro) è diventato un tema scottante. In particolare, nanofogli, che sono strutture planari 2-D ultrasottili con una superficie che va da diversi micrometri a millimetri, hanno recentemente attirato molta attenzione a causa della loro eccezionale meccanica, elettrico, e proprietà ottiche. Per esempio, i nanosheet organici hanno un grande potenziale come strumenti biomedici o biotecnologici, mentre i nanofogli inorganici potrebbero essere utili per lo stoccaggio e la raccolta di energia.

Ma che ne dici di passare da una struttura di nanofoglio 2-D a una struttura molecolare 3-D in modo controllabile e reversibile? Scienziati della Tokyo Tech e dell'Università di Tokyo hanno condotto uno studio su un tale processo di conversione 2-D/3-D reversibile, motivato dalle sue potenziali applicazioni. Nel loro studio, pubblicato in Materiale avanzato , si sono inizialmente concentrati sulla conversione di vescicole lipidiche sferiche (strutture simili a bolle) in nanofogli 2-D attraverso l'azione cooperativa di due composti:un peptide acido disgregatore di membrana chiamato E5 e un copolimero cationico chiamato poli(allilamina)-graft-destrano (o PAA-g-Dex, in breve). Hanno quindi tentato di riportare i nanofogli lipidici alla loro forma di vescicole 3-D modificando condizioni specifiche, come il pH, o usando un enzima (Fig. 1), e ha scoperto che la reazione era reversibile.

Così, attraverso vari esperimenti, gli scienziati hanno chiarito i meccanismi e le interazioni molecolari che rendono possibile questa conversione reversibile. In mezzi acquosi, i doppi strati lipidici planari tendono ad essere instabili perché alcune delle loro code idrofobe (idrorepellenti) sono esposte sui bordi, portando alla formazione di vescicole, che sono molto più stabili (Fig. 2). Però, peptide E5, quando piegato in una struttura elicoidale con l'aiuto di PAA-g-Dex, può distruggere la membrana di queste vescicole per formare nanofogli 2-D. Questa coppia di composti si combina in una struttura simile a una cintura sui bordi dei nanofogli, in un processo che è fondamentale per stabilizzarli. Professore Atsushi Maruyama, che ha condotto questa ricerca, spiega "Nelle strutture del foglio osservate in presenza di E5 e PAA-g-Dex, l'assemblaggio di E5 e del copolimero ai bordi del foglio probabilmente impedisce l'esposizione dei bordi idrofobici alla fase acquosa, stabilizzando così i nanofogli." (vedi Fig. 3) I fogli possono essere riconvertiti in vescicole sferiche interrompendo la struttura a cintura. Ciò può essere fatto da, Per esempio, aggiungendo il sale sodico dell'acido poli(vinilsolfonico), che altera la forma elicoidale di E5.

Gli esperimenti degli scienziati hanno mostrato loro che il nanosheet è molto stabile, flessibile, e magro; queste sono proprietà preziose negli studi e nelle applicazioni delle biomembrane. Ad esempio, il processo di conversione 2-D-3-D può essere utilizzato per incapsulare molecole, come droghe, nelle vescicole trasformandole in fogli e poi di nuovo in sfere. "Le vescicole lipidiche sono utilizzate sia per studi di base che per applicazioni pratiche in campo farmaceutico, Alimenti, e scienze cosmetiche. La capacità di controllare la formazione di nanofogli e vescicole sarà utile in questi campi, " conclude il Prof. Maruyama. Indubbiamente, migliorare la nostra capacità di manipolare il mondo nanoscopico porterà a cambiamenti macroscopici positivi nelle nostre vite.