Τα rotaxanes είναι μηχανικά αλληλοσυνδεδεμένα μόρια που αποτελούνται από έναν γραμμικό μοριακό άξονα και έναν ή περισσότερους δακτυλίους που τον περιβάλλουν. Στα άκρα του άξονα υπάρχουν ογκώδεις ομάδες, οι οποίες εμποδίζουν τους δακτυλίους να απομακρυνθούν.
Μέχρι σήμερα, οι περισσότερες τεχνικές βασίζονταν στην κατασκευή του άξονα μέσα από έναν ήδη σχηματισμένο δακτύλιο ή στη δημιουργία του δακτυλίου γύρω από τον άξονα. Η νέα μελέτη ακολουθεί την αντίθετη στρατηγική, χρησιμοποιώντας τον ίδιο τον άξονα ως «οδηγό» για να σχηματιστεί ο δακτύλιος γύρω του.
Rotaxanes: Ο άξονας καθοδηγεί τη δημιουργία του δακτυλίου
Οι επιστήμονες αξιοποίησαν εύκαμπτες αλυσίδες ολιγοαιθυλενογλυκόλης (OEG), των οποίων τα άτομα οξυγόνου σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με τα δομικά στοιχεία του δακτυλίου. Με αυτόν τον τρόπο, τα μόρια ευθυγραμμίζονται φυσικά στη σωστή θέση και ενώνονται σχηματίζοντας τον δακτύλιο γύρω από τον άξονα.
Η νέα τεχνική επέτρεψε την παραγωγή rotaxanes με αποδόσεις που έφτασαν έως και το 70%, ενώ οι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν μόρια με έως και τέσσερις δακτυλίους στον ίδιο άξονα.
Πιο αποδοτική κατασκευή πολλαπλών δακτυλίων
Η ερευνητική ομάδα δοκίμασε δύο διαφορετικές προσεγγίσεις για την προσθήκη πολλαπλών δακτυλίων. Αν και αρχικά επιχείρησε να πραγματοποιήσει όλες τις αντιδράσεις ταυτόχρονα, διαπίστωσε ότι η σταδιακή προσθήκη ενός δακτυλίου κάθε φορά ήταν σημαντικά πιο αποτελεσματική.
Μάλιστα, μετά τον σχηματισμό του πρώτου δακτυλίου, η δημιουργία των επόμενων γινόταν ευκολότερα, αυξάνοντας την αποδοτικότητα της διαδικασίας.
Προοπτικές για φάρμακα και μοριακές μηχανές
Οι εικόνες ακτίνων Χ αποκάλυψαν ότι οι δακτύλιοι οργανώνονται σε μια συμπαγή ελικοειδή διάταξη, η οποία σταθεροποιείται μέσω δεσμών υδρογόνου και αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μορίων. Αυτή η δομή διευκολύνει τη δημιουργία επιπλέον δακτυλίων και βελτιώνει τη συνολική σταθερότητα του συστήματος.
Η νέα μέθοδος πραγματοποιείται χωρίς τη χρήση μετάλλων και επιτρέπει την κατασκευή rotaxanes με μεγαλύτερη ευελιξία και καθαρότητα. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η τεχνική μπορεί να επιταχύνει την ανάπτυξη νέων μοριακών μηχανών, «έξυπνων» υλικών που ανταποκρίνονται στο περιβάλλον τους, βιοαισθητήρων και καινοτόμων συστημάτων στοχευμένης χορήγησης φαρμάκων.