Inspirando-se na natureza, os pesquisadores estão fazendo polímeros com composições cada vez mais precisas sob demanda. Usando ferramentas de síntese de várias etapas extraídas da biologia, bioquímica e síntese orgânica, um grupo está relatando que está desenvolvendo polímeros sintéticos de altíssima precisão com comprimentos de cadeia e sequências de monômeros precisamente controlados. As macromoléculas contendo informações resultantes podem ser implantadas para armazenamento de dados, tecnologias anti-falsificação e rastreabilidade.

Os pesquisadores apresentarão seus resultados hoje no Encontro e Exposição Nacional da American Chemical Society (ACS) na primavera de 2019.

"Existem basicamente dois tipos de polímeros, "diz Jean-François Lutz, Ph.D. "Um tipo é de plástico, que é feito por humanos. O outro tipo é chamado de biopolímero, e é uma molécula muito mais definida. Na verdade, os humanos são construídos principalmente com polímeros - DNA e proteínas. "

As técnicas convencionais de fabricação de química podem produzir polímeros de comprimentos e sequências irregulares. Mas, Lutz observa, a natureza é mais precisa. Há uma enorme diferença na qualidade estrutural entre polímeros feitos pelo homem e biológicos, ele explica. "O objetivo do nosso trabalho é preencher a lacuna - fazer polímeros sintéticos usando inspiração biológica."

Geralmente, polímeros de sequência controlada podem ser construídos por polimerizações de crescimento em cadeia ou de crescimento em etapas. Ambas as abordagens podem atingir cadeias poliméricas de comprimentos diferentes. Contudo, quando diferentes monômeros são combinados em polímeros, eles variam na composição e na sequência de cadeia a cadeia. Esses polímeros não são ideais para aplicações, como codificação, em que um preciso, é necessária uma estrutura uniforme.

Lutz e seu grupo no Institut Charles Sadron têm trabalhado na construção de moléculas sintéticas com a mesma precisão e uniformidade das macromoléculas biológicas. "Recebemos a inspiração inicial do DNA, que é um polímero feito com quatro monômeros:adenina, timina, guanina e citosina, "Lutz diz." Embora o DNA seja um polímero que codifica a própria informação que nos torna humanos - uma conquista importante - ele realmente não é a melhor estrutura para muitas outras coisas. Pensamos que talvez pudéssemos fazer um polímero rico em informações, mas aprimore a estrutura para que possa ser usada em uma variedade de aplicações. "

O grupo constrói seus polímeros sintéticos com estruturas primárias totalmente controladas usando química iterativa de fase sólida, um processo que foi originalmente desenvolvido para fazer peptídeos, ou pequenos pedaços de proteínas. Nos últimos anos, a equipe tem feito polímeros sob medida para aplicações de armazenamento de dados. Nestes polímeros, cada monômero ou subunidade representa uma informação específica. Até aqui, os pesquisadores criaram minúsculos dispositivos de armazenamento de dados feitos de polímeros codificados por sequência em camadas. Recentemente, eles também estudaram a cristalização de polímeros sintéticos codificados e observaram que os bits moleculares que eles contêm ocupam volumes muito menores do que os nucleotídeos no DNA. "Polímeros codificados por sequências abióticas estão agora muito além da prova de conceito, "Lutz diz." Fomos o primeiro grupo. Agora é uma tendência ou campo na química de polímeros. "

Lutz acredita que nos próximos 10 anos, seu grupo trará ao mercado tecnologias antifalsificação e rastreabilidade usando seus polímeros sob medida. A falsificação de dispositivos médicos é um problema significativo. A Organização Mundial da Saúde estima que mais de 8% dos dispositivos médicos em circulação são falsificados. O grupo de Lutz está construindo e inserindo polímeros com sequência definida em dispositivos médicos, como implantes oculares. Os polímeros podem ser extraídos posteriormente e identificados por espectroscopia de massa em tandem.

"Quando você pode armazenar o código em uma molécula, você pode imaginar que com uma única molécula você pode escrever algo, como o nome de uma empresa, um número de lote ou data de produção, "Lutz diz." Você tem uma molécula que pode misturar diretamente com vários materiais, como plásticos ou cerâmicas. Poderíamos colocar a molécula na tela de um smartphone, um dispositivo médico ou um implante no corpo. Poderíamos até colocá-lo em uma bolsa de luxo cara. "