Самосборка нанотрубок

Схема самосборки новых нанотрубок. CDCl 3 — дейтерированный хлороформ, вместо атома обычного водорода содержит атом дейтерия D. Водороды обычного хлороформа перекрывали бы сигнал вещества при регистрации протонных спектров ЯМР, поэтому авторы работы провели самосборку трубок в дейтерированном растворителе, чтобы, когда нужно будет подтверждать их структуру методом ЯМР, не мучиться с очисткой

Исследователи из Лундского университета (Швеция), Вильнюсского университета и Нанкинского технологического университета использовали молекулярное самораспознавание для получения нанотрубок из строительных блоков одного типа. Интересен не только процесс самосборки, но и то, что форма нанотрубок зависит от среды, в которой она происходит. Подобные нанотрубки могут пригодиться для создания искусственных транспортных каналов в клеточной мембране, сквозь которые можно будет доставлять лекарственные препараты («Nature Communications», 2017, 8, 14943, doi: 10.1038/ncomms14943).

Исследователи решили выяснить, каким образом молекулы могут связываться друг с другом, используя только слабые межмолекулярные взаимодействия, а также определить минимальный размер молекул, при котором они еще сохранят способность к самосборке в структуры большого размера с заданными свойствами. Строительные блоки с множеством слабых водородных связей могут, подобно белкам и нуклеиновым кислотам, формировать вполне определенную объемную структуру. Как отмечает руководитель исследования, Кеннет Ворнмак из Лундского университета, потребовалось два десятилетия, чтобы разработать дизайн молекул, которые в конце концов смогли сами собраться в молекулярные нанотрубки.

Неожиданно оказалось, что в зависимости от среды, в которой они находятся, строительные блоки могут собираться в агрегаты различной формы. Варьируя тип растворителя, а в ряде случаев и тип молекулы-«гостя», выступающей в качестве шаблона для самосборки, можно получать относительно устойчивые молекулярные ансамбли в виде трубок, капсулы и даже «молекулярного пояса».

В отличие от хорошо известных и применяющихся на практике углеродных нанотрубок, у молекулярных нанотрубок можно регулировать диаметр. Это особенно важно, если мы хотим использовать наноструктуру как канал для доставки химических веществ через мембрану, например, в клетку или в ядро клетки. К тому же способ получения молекулярных нанотрубок проще и безопаснее для окружающей среды, чем существующие методы синтеза углеродных — для последних нужны прочные ковалентные связи, а значит, для манипуляций с ними требуется высокая температура.

Авторы исследования считают, что в будущем молекулярные нанотрубки помогут доставлять лекарственные препараты в мозг через гематоэнцефалический барьер — это могло бы изменить, в частности, лечение болезни Альцгеймера.