Samoorganizacja nanomateriałów funkcjonalnych
Ważnym, choć często pomijanym kryterium projektowania w produkcji nanostruktur supramolekularnych (SN) jest połączenie sił przyciągania i odpychania. UE dofinansowała projekt SUPRABIOMAT (Supramolecular biomedical materials), w którym połączono zasady samoorganizacji w celu wytworzenia złożonych systemów supramolekularnych. Naukowcy określili zbiór parametrów umożliwiających zaprojektowanie supramolekularnych cząstek koloidalnych. Strategia zakłóconego wzrostu (ang. "frustrated growth") pozwoliła na zrównoważenie dodatnich oddziaływań niekowalencyjnych z siłami odpychania. Wyjątkowa cecha tych SN polega na tym, że po określonym zdarzeniu docelowym samoorganizujące się rusztowania można rozmontować na małe elementy budulcowe. Pozwoliłoby to skrócić czas przebywania docelowych środków, co jest aspektem, który poważnie ograniczał zastosowanie nieodwracalnego obrazowania nanocząstkowego w biomedycynie. Naukowcom udało się dokonać samoorganizacji obojętnych amfifilowych nonafenyloalaninów w nanostruktury supramolekularne w wodzie. Spektroskopia dichroizmu kołowego zastosowana do mechanizmu polimeryzacji ujawniła, że proces ten jest niekooperatywny, przy wyraźnie dużym powinowactwie nanomolarnym monomerów. Obie te właściwości wpływają znacząco na stabilność nanoprętów supramolekularnych, a stabilność taką zwykle obserwuje się w przypadku kooperatywnej polimeryzacji jednowymiarowej. Opisane przez badaczy odkrycia dostarczają przekonujących argumentów za tezą, że samoorganizacja polianionowego peptydu dendrytycznego przy obojętnym pH jest kierowana przez mechanizm zaburzonego wzrostu. Supramolekularne oddziaływania przyciągające (wiązanie wodorowe, oddziaływania i efekty hydrofobowe) powodują organizowanie się monomerów, czemu przeciwdziałają odpychające oddziaływania elektrostatyczne, które stawiają opór polimeryzacji. Naukowcy stworzyli małą bibliotekę amfifilowych peptydów dendrytycznych o ładunku obojętnym z rozgałęzionym rdzeniem nonafenyloalaninowym, sprzężonym z hydrofilowymi dendrymerami o zmiennym wymaganiu sterycznym. Ustalono, że kiedy wielkość hydrofilowego dendrymeru staje się zbyt duża, ogranicza on wzrost jednowymiarowy, co prowadzi do powstawania obiektów o ograniczonym rozmiarze i kulistym kształcie. Reasumując, wodna samoorganizacja anizotropowych cząstek jest bardzo obiecująca, jeżeli chodzi o tworzenie funkcjonalnych biomateriałów supramolekularnych pod kątem zastosowań biomedycznych. Nowe dane wskazują, że kształty anizotropowe w nośnikach mają lepsze właściwości niż konwencjonalne materiały izotropowe w zakresie celowanego obrazowania i terapii.
Słowa kluczowe
SUPRABIOMAT, dendrytyczne nonafenyloalaniny, nanopręty supramolekularne, zakłócony wzrost, anizotropowe
