Новости химической науки > Молекулярные машины-мускулы становятся больше и сильнее

Исследователи из Франции получили самые длинные на настоящее время молекулярные машины, способные к единовременному контролируемому сокращению, которое эмулирует работу мускульной системы человека [1].

Николя Джиззепон (Nicolas Giuseppone) из Университета Страсбурга получил новые искусственные мускулы, создав полимерные цепочки из нескольких тысяч звеньев мономеров – ротаксановых гирлянд (daisy-chain rotaxane). Такие мономеры сокращаются в основной среде. Длина получившихся полимерных нитей может изменяться от 15.8 до 9.4 мкм, такая примерно степень сокращения характерна для белков – саркомеров, основных строительных блоков мышечной ткани.

Сокращаемые ротаксаны-гирлянды могут быть связаны друг с другом для увеличения амлитуды движения и создания искусственных мышц. (Рисунок из Chem Soc Rev, 2012, DOI: 10.1039/C1CS15262A)

Джиззепон отмечает, что созданные в его группе системы увеличивают способность ротаксановых систем к сокращению в четыре раза в сравнении с мономерным ротаксаном-гирляндой. Таких результатов ученые и специалисты по нанотехнологиям ожидали давно, и поэтому следует ожидать применения новой системы в различных областях практики – создание искусственных мышц, микророботов, а также разработка новых материалов, представляющих наномашины с новыми, перспективными механическими свойствами.

Ротаксан-гирлянда

Ротаксаны-гирлянды представляют собой систему из двух краун-эфиров, с каждым из которых связана линейная цепь, продетая через полость в цикле другого краун-эфира. В кислой среде циклы сближаются с протонированной аминогруппой на цепи за счет межмолекулярных взаимодействий, в основных условиях – при депротонировании аминогруппы кольцо перемещается вдоль по цепи, приближаясь к ее окончанию. Ранее исследователи получали полимеры, способные суммировать это движение за счет связывания ротаксановых мономеров посредством «клик-химии» – реакций циклоприсоединений азид-алкин. Однако такие цепи, содержащие по 22 элементарных звена, отличались плохой растворимостью.

Исследователи из Страсбурга решили использовать другой подход и заменили ковалентные связи, образующиеся в результате циклоприсоединения на донорно-акцепторный тип ковалентного связывания с переходным металлом. Исследователи связали с концом каждой из цепочек по три пиридиновых цикла, таким образом, что терминирующие цепь фрагменты с донорными атомами азота связывались с введенными в систему ионами Fe²⁺, образуя координационный полимер. По словам исследователей, получение таких роткасановых полимеров было непростой задачей и испытанием возможностей – только синтез мономеров проходил в 13 стадий. Образующиеся полимеры при этом отличаются примерно такой же растворимостью, как и мономеры.

Фрейзер Штоддарт (Fraser Stoddart) из Северо-западного Университета США отмечает, что работа исследователей из Страсбурга – новый шаг, преодолевающий барьеры на пути к созданию к новому поколению искусственных молекулярных машин, информацию о которых он обобщал в начале этого года [2]. Он добавляет, что новая система приближает реализацию мечты о переходе систем из молекулярных машин на макроскопический уровень, на котором трудится мускульная ткань нашего тела.

Источники: [1] Angew Chem Int Ed, 2012, DOI: 10.1002/anie.201206571; [2] Chem Soc Rev, 2012, DOI: 10.1039/C1CS15262A

метки статьи: #биохимия, #молекулярные устройства, #нанотехнологии, #органическая химия, #химия полимеров