Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Lấy cảm hứng từ thiên nhiên, các nhà nghiên cứu đang tạo ra các polyme với các chế phẩm chính xác hơn theo yêu cầu. Sử dụng các công cụ tổng hợp nhiều bước được lấy từ sinh học, một nhóm báo cáo rằng họ đang phát triển các polyme tổng hợp có độ chính xác cực cao với độ dài chuỗi được kiểm soát chính xác và các chuỗi monome. Các đại phân tử kết quả có thể được triển khai để lưu trữ dữ liệu, công nghệ chống giả và truy xuất nguồn gốc.
Các nhà nghiên cứu sẽ trình bày kết quả của họ ngày hôm nay tại Hội nghị & Triển lãm quốc gia Mùa xuân 2019 của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (ACS).
“Về cơ bản có hai loại polymer”, Jean-Francois Lutz, Ph.D. “Một loại là nhựa, được tạo ra bởi con người. Loại kia được gọi là biopolymer, và nó là một phân tử được xác định rõ ràng hơn nhiều. Trên thực tế, con người chủ yếu được chế tạo bằng polymer DNA và protein.”
Kỹ thuật chế tạo hóa học thông thường có thể tạo ra các polyme có độ dài và trình tự không đều. Nhưng, Lutz lưu ý, bản chất là chính xác hơn. Có một sự khác biệt rất lớn về chất lượng cấu trúc giữa nhân tạo và polyme sinh học, ông giải thích. “Mục đích công việc của chúng tôi là lấp đầy khoảng trống tạo ra các polyme tổng hợp sử dụng cảm hứng sinh học.”
Nói chung, các polyme được kiểm soát theo trình tự có thể được xây dựng bằng cách trùng hợp chuỗi tăng trưởng hoặc tăng trưởng từng bước. Cả hai phương pháp đều có thể đạt được chuỗi polymer có độ dài khác nhau. Tuy nhiên, khi các monome khác nhau được kết hợp thành các polyme, chúng sẽ thay đổi thành phần và trình tự chuỗi. Các polyme như vậy không lý tưởng cho các ứng dụng, chẳng hạn như mã hóa, trong đó cần một cấu trúc đồng nhất, chính xác.
Lutz và nhóm của ông tại Viện Charles Sadron đã nghiên cứu xây dựng các phân tử tổng hợp với độ chính xác và đồng nhất như các đại phân tử sinh học. “Chúng tôi đã lấy cảm hứng ban đầu từ DNA, đó là một loại polymer được tạo ra từ bốn monome: adenine, thymine, guanine và cytosine,” Lutz nói. “Mặc dù DNA là một loại polymer mã hóa cho chính thông tin tạo nên con người chúng ta – một thành tựu quan trọng – nó thực sự không phải là cấu trúc tốt nhất cho nhiều thứ khác. Chúng tôi nghĩ rằng có lẽ chúng ta có thể tạo ra một loại polymer giống như thông tin phong phú, nhưng tăng cường cấu trúc để nó có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. “
Nhóm xây dựng các polyme tổng hợp của nó với các cấu trúc sơ cấp được kiểm soát hoàn toàn bằng cách sử dụng hóa học lặp pha rắn, một quá trình ban đầu được phát triển để tạo ra các peptide hoặc các đoạn protein ngắn. Trong vài năm qua, nhóm nghiên cứu đã chế tạo các polyme được thiết kế chính xác cho các ứng dụng lưu trữ dữ liệu. Trong các polyme này, mỗi monome hoặc tiểu đơn vị là viết tắt của một thông tin cụ thể. Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các thiết bị lưu trữ dữ liệu nhỏ làm từ các polyme được mã hóa theo lớp. Gần đây, họ cũng đã nghiên cứu sự kết tinh của các polyme tổng hợp được mã hóa và quan sát thấy rằng các bit phân tử mà chúng chứa chiếm khối lượng nhỏ hơn nhiều so với các nucleotide trong DNA. “Các polyme mã hóa trình tự phi sinh học hiện đang vượt ra ngoài khái niệm chứng minh,” Lutz nói. “Chúng tôi là nhóm đầu tiên.
Lutz tin rằng trong vòng 10 năm tới, nhóm của ông sẽ đưa các công nghệ chống giả và truy xuất nguồn gốc bằng cách sử dụng các polyme được thiết kế chính xác của họ ra thị trường. Làm giả các thiết bị y tế là một vấn đề đáng kể. Tổ chức Y tế Thế giới ước tính rằng hơn tám phần trăm thiết bị y tế đang lưu hành là hàng giả. Nhóm của Lutz đang xây dựng và chèn các polyme xác định trình tự trong các thiết bị y tế như cấy ghép mắt. Các polyme có thể được chiết xuất sau đó và được xác định bằng quang phổ khối song song.
“Khi bạn có thể lưu trữ mã trong một phân tử, bạn có thể tưởng tượng rằng với một phân tử duy nhất bạn có thể viết một cái gì đó, chẳng hạn như tên của một công ty, số lô hoặc ngày sản xuất,” Lutz nói. “Bạn có một phân tử mà bạn có thể pha trộn trực tiếp với các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như nhựa hoặc gốm. Chúng ta có thể đặt phân tử này vào màn hình của điện thoại thông minh, thiết bị y tế hoặc cấy ghép trong cơ thể. Chúng ta thậm chí có thể đặt nó vào một giá đắt túi xách sang trọng. “
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.