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Reversible supramolekulare Zusammensetzung in Wasser

Wenn es um die Entwicklung neuartiger Materialien, Systeme und Funktionalitäten geht, lernen Wissenschaftler häufig von der Natur. Für EU-finanzierte Forscher, die supramolekulare Komplexe entwickelten, die nie zuvor beobachtet wurden, waren Enzyme die Quelle der Inspiration.
Reversible supramolekulare Zusammensetzung in Wasser
Enzyme, Ketten von Aminosäuren, sind in der Natur allgegenwärtig und ermöglichen die Katalyse über reversible Interaktionen mit anderen Molekülen. Die Interaktionen werden im Wesentlichen von den komplexen 3D-Architekturen der Enzyme gelenkt. Diese sind ein Ergebnis des Biegens und Faltens und der nicht-kovalenten Bindung unter einzelnen Einheiten der Ketten.

Supramolekulare Polymere sind mit Enzymen vergleichbar und besitzen die Fähigkeit zur Selbstorganisation, die von den sekundären nicht-kovalenten Bindungsinteraktionen diktiert werden, die neuartige Funktionalitäten festlegen. Bis jetzt war die supramolekulare Chemie jedoch durch fehlende synthetische Systeme eingeschränkt, die eine reversible Aggregation in Wasser zeigen. Durch die Integration neuartiger wasserlöslicher Moleküle mit lichtempfindlichen Bindungsaffinitäten arbeiten EU-finanzierte Wissenschaftler im Projekt "PHOTOTRAP", um diese Barriere zu überwinden.

Die Bausteine bestanden aus dem makrozyklischen, trommelförmigen Hostmolekül Cucurbit[8]uril (CB[8]). CB[8] besitzt die Fähigkeit, gleichzeitig zwei organische Gastmoleküle zu binden, und als eines der Gastmoleküle wurde eine Azobenzol-Verbindung gewählt. Trotz des Potenzials von Azobenzol als lichtempfindliches Material haben die meisten älteren Studien neutrale Versionen verwendet, die eine relativ geringe Wasserlöslichkeit haben.

Nur im Projekt "PHOTOTRAP" haben Wissenschaftler kationische (geladene) azobenzolhaltige Moleküle mit sowohl ausgezeichneter Wasserlöslichkeit als auch hoher Bindungsassoziation verwendet. Die bahnbrechende Demonstration der lichtinduzierten, reversiblen CB[8] Komplexierung/Dekomplexierung in Wasser bildete die Grundlage für die Vorbereitung von Mizellen und die Untersuchung deren Verwendung in der Medikamentenverabreichung.

PHOTOTRAP-Methodologien und -Materialien haben im Feld der Polymerchemie signifikante Fortschritte ermöglicht. Die Ergebnisse haben das immense Potenzial der Verwendung von supramolekularen Verbindungen in wasserhaltigen Medien für das Erstellen von zielgerichteten Medikamentenverabreichungen und intelligenten selbstheilenden Materialien.

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