Trong một nghiên cứu đột phá mới mang tính cách mạng ngành hóa kỹ thuật vật liệu và y tế, các nhà khoa học tại Trường Đại học Manchester lần đầu tiên đã phát triển được một thiết bị kỹ thuật phân tử tiềm năng mới, có thể kiểm soát sự giải phóng nhiều phân tử nhỏ bằng lực trong tự nhiên. Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Nature mới đây.
Nhóm nghiên cứu cho biết, hệ thống này sẽ kích hoạt giải phóng các phân tử mục tiêu, thúc đẩy công tác điều trị y tế và phát triển vật liệu thông minh.
Hệ thống kỹ thuật này sử dụng phân tử rotaxan để kích hoạt giải phóng các phân tử chức năng (như thuốc điều trị) nhắm đích vào các khu vực cần thiết dưới tác động của lực cơ học (lực tại vị trí bị thương hoặc bị hư hỏng như vị trí của một khối u). Nó cũng hứa hẹn có thể kéo dài tuổi thọ cho các loại vật liệu tự phục hồi hoặc tự sửa chữa ở các vị trí bị hư hỏng (như một vết xước trên màn hình điện thoại)
Guillaume De Bo, giáo sư hóa hữu cơ tại Đại học Manchester, cho biết: “Các lực có mặt khắp nơi trong tự nhiên và đóng vai trò then chốt trong các quá trình tương tác giữa các vật liệu khác nhau. Mục đích của chúng tôi là khai thác các lực này vào các ứng dụng có khả năng biến đổi vật liệu, đặc biệt là tăng độ bền, tuổi thọ và khả năng phân phối thuốc của vật liệu”. "Mặc dù đây mới chỉ là nghiên cứu chứng minh khái niệm nhưng chúng tôi tin rằng phương pháp dựa trên rotaxane này có tiềm năng to lớn đối với các ứng dụng có tầm ảnh hưởng sâu rộng. Chúng tôi hiện đang trên đà đạt được một số tiến bộ thực sự đáng chú ý trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe và công nghệ”.
Đối với các phương pháp truyền thống, việc giải phóng các phân tử bằng lực có kiểm soát gặp nhiều thách thức khi giải phóng nhiều phân tử cùng một lúc bởi vì nó hoạt động giống như “trò chơi kéo co" phân tử trong đó hai polyme kéo ở hai bên mới giải phóng được một phân tử.
Cách tiếp cận mới của các nhà khoa học bao gồm hai chuỗi polymer được gắn chặt vào trung tâm của cấu trúc hình tròn có thể trượt dọc theo trục đỡ. Cách này cho phép nó có thể giải phóng hiệu quả các phân tử với khả năng giải phóng đồng thời tối đa là năm phân tử. Họ cũng chứng minh được rằng, nó có khả năng giải phóng phân tử nhiều hơn thế.
Bước đột phá này đánh dấu lần đầu tiên các nhà khoa học chứng minh được khả năng giải phóng nhiều hơn một phân tử, khiến nó khắc phục được những hạn chế trước đó, trở thành một trong hệ thống giải phóng phân tử hiệu quả nhất cho đến nay. Nó cũng cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn đối với các loại phân tử khác nhau trong tương lai, bao gồm hợp chất thuốc, chất đánh dấu huỳnh quang, chất xúc tác và monome.
Các nhà khoa học hiện đang đặt ra mục tiêu nghiên cứu sâu hơn về các ứng dụng tự phục hồi bên cạnh việc tìm cách mở rộng loại phân tử có thể được giải phóng để khám phá xem liệu hai loại phân tử khác nhau (như tích hợp của monome và chất xúc tác) có thể giải phóng được cùng một lúc hay không nhằm tạo ra một hệ thống tự phục hồi tích hợp bên trong vật liệu.
P.T.T (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com, 5/2024
