O professor Shuichi Hiraoka da Universidade de Tóquio criou um nanocubo de automontagem em 2008 e tem trabalhado para melhorar a solubilidade e a estabilidade da temperatura desde então. O nanocubo de hexafenilbenzeno de automontagem atual é solúvel em água e estável a até 130 graus Celsius (266 graus Fahrenheit). A publicação mais recente de sua equipe de pesquisa identificou o papel das forças moleculares fracas em manter a caixa unida. Crédito:Shuichi Hiraoka CC-BY-ND. Originalmente publicado em Touro. Chem. Soc. Jpn . 2018, 91, 957-978 | doi:10.1246 / bcsj.20180008.
Os pesquisadores identificaram as forças moleculares fracas que unem uma pequena, caixa de automontagem com possibilidades poderosas. O estudo demonstra uma aplicação prática de uma força comum em sistemas biológicos e avança na busca de vida química artificial.
"Quero entender os sistemas de automontagem, que são essenciais para a vida. Construir cubos artificiais de automontagem nos ajuda a entender como funcionam os sistemas biológicos, "disse o professor Shuichi Hiraoka, líder do laboratório da Escola de Graduação em Artes e Ciências da Universidade de Tóquio, onde as caixas foram projetadas, construído, e analisados.
A formação de DNA e proteínas são exemplos biológicos de automontagem, mas as forças ou processos que controlam como essas moléculas naturais se unem também permanecem indefinidas. As investigações da equipe de Hiraoka contribuem para a compreensão química de como as moléculas naturais podem se automontar e revelar técnicas para imitar esses processos no futuro.
Hiraoka e sua equipe identificaram as forças que mantêm unidas as laterais de suas pequenas caixas como forças de van der Waals, principalmente forças de dispersão. Essas forças são atrações fracas entre as moléculas criadas quando os elétrons se agrupam temporariamente em um lado de um átomo. Lagartixas podem subir paredes em parte devido às forças de van der Waals.
O nanocubo é construído com moléculas de hexafenilbenzeno com cerca de 2 nanômetros de diâmetro, mas o cubo pode expandir ou contrair para acomodar melhor as moléculas hospedeiras com base em seu tamanho, forma, e carga atômica. Crédito:Shuichi Hiraoka CC-BY-ND.
Cada lado do cubo é formado por uma molécula com 2 nanômetros de diâmetro e a forma de um floco de neve de seis pontas. Cada lado tem cerca de um quarto milésimo do tamanho de uma célula sanguínea humana. As forças fracas que mantêm os lados do cubo juntos tornam a caixa ligeiramente flexível, portanto, ele se ajusta para acomodar melhor as moléculas hóspedes com base em seu tamanho, forma, e carga atômica. A caixa pode inchar para conter conteúdos grandes ou longos e se contrair para eliminar o espaço extra ao hospedar moléculas hóspedes com carga (s) negativa (s).
“Ainda não temos os dados, mas a conclusão lógica é que as moléculas convidadas em forma de cadeia longa de alguma forma se dobram para entrar na caixa, "disse Hiraoka.
Os pesquisadores constroem a minúscula caixa com moléculas de hexafenilbenzeno. As moléculas individuais existem como um seco, pó branco. Quando misturado com água, as moléculas se auto-montam espontaneamente em cubos.
"Em solução, as seis moléculas se juntam tão rapidamente que não podemos observar como elas formam cubos. O processo exato de automontagem permanece um mistério, "disse Hiraoka.
Um cubo que pode se automontar na água tem potencial para futuras aplicações biológicas. O cubo de hexafenilbenzeno também se mantém unido, mesmo acima da temperatura de ebulição da água, permanecendo estável até 130 graus Celsius (266 graus Fahrenheit).
Os seis pontos das moléculas de hexafenilbenzeno em forma de floco de neve se prendem quando se formam em um cubo. Os pesquisadores descrevem o design desta caixa molecular como semelhante à técnica de junção de madeira japonesa chamada Hozo , onde pedaços de madeira são mantidos juntos sem adesivos ou dobradiças, usando apenas designs intrincados e interligados.
O estudo é publicado em Nature Communications .
