_ Studiul demonstrează autoorganizarea spontană a micropicăturilor prin confinare cvasi-unidimensională

Sistemele polimerice compuse din mai multe componente pot induce spontan emulsie sau micropicături prin amestecare mecanică, ca stare intermediară de separare macroscopică a fazelor. Din păcate, dimensiunea picăturilor generate este neuniformă și aranjarea lor spațială este destul de aleatorie. În plus, ele au tendința de a crește în timp (îngroșare).

Pentru a preveni modificarea dimensiunii micropicăturilor, cercetătorii au încercat să scadă rapid temperatura, dar aceste eforturi nu pot îmbunătăți niciodată uniformitatea picăturilor. . Dacă picăturile omogene aranjate uniform care captează anumite substraturi, cum ar fi ADN-ul și medicamentele pot fi produse într-o procedură simplă, aceste picături vor servi ca elemente utile în administrarea medicamentelor și, de asemenea, în crearea celulelor de sinteză. Această auto-organizare a micropicăturilor poate oferi informații valoroase asupra auto-asamblarii moleculelor biologice.

Într-un studiu publicat în revista ACS Macro Letters, o echipă de cercetare condusă de Ph.D. student Mayu Shono de la Departamentul de Inginerie Chimică și Știința Materialelor de la Universitatea Doshisha, a descoperit că modelul spațial omogen al micropicăturilor este generat spontan prin separarea de fază a soluției de polimer de-a lungul unui tub capilar de sticlă.

Interesant, a fost a arătat că modelul aranjat uniform al picăturilor este destul de stabil timp de ore. Cercetătorii au închis o soluție apoasă de tripolimer care conține polietilenglicol (PEG) amestecat cu dextran (DEX) și gelatină într-un tub capilar de sticlă acoperit cu PEG. Ei au observat că, de-a lungul timpului, cele trei faze s-au separat, iar picăturile DEX și de gelatină s-au aliniat într-un model periodic în faza PEG.

Aranjamentul spontan de auto-asamblare a avut loc fără nici un schimb de materiale sau energie în sistemul, deosebindu-l de alte sisteme. „Am efectuat studiul nostru pentru a clarifica mecanismul de bază al auto-organizării în materia vie. Ca rezultat al acestui studiu, am descoperit un fenomen nou pentru generarea de modele caracteristice auto-organizate”, spune doamna Shono.

În experimentele lor, cercetătorii au preparat trei soluții apoase de tripolimer, combinând PEG, DEX și gelatină cu apă distilată într-un raport de greutate de 5:4:6.

Pentru a distinge moleculele , au etichetat DEX-ul și gelatina cu markeri fluorescenți. Acești markeri emit lumină de culori specifice atunci când sunt expuși la lumină de anumite lungimi de undă, permițându-le să identifice diferitele componente din probă. Soluția a fost apoi trasă în tuburi capilare acoperite cu PEG cu diametre de 140 μm și 280 μm.

Datorită atașării preferențiale la suprafața capilarului, PEG s-a separat imediat de soluție. Fazele DEX și gelatină, care au fost respinse din peretele interior, au format apoi picături care au crescut în dimensiune.

În 40 de secunde, picăturile DEX au format un aranjament liniar în centrul capilarului și 120 de secunde. mai târziu, picăturile de gelatină au procedat la fel. Acest lucru a condus la o aliniere periodică, auto-organizată, a micropicăturilor bogate în DEX și gelatină, înconjurată de o fază bogată în PEG, care s-a menținut timp de opt ore după formare.

Elementele esențiale ale modelului observat sunt reproduse. prin simulare numerică prin modificarea modelului teoretic cu ecuația Cahn-Hilliard, care descrie schimbarea dependentă de timp a modelului spațial al separării fazelor într-un amestec de trei polimeri diferiți.

Atingerea unor micromodele stabile prin separări de fază este o provocare, deoarece, în general, micropicăturile generate prin tranziția de fază sunt neuniforme și tind să se prăbușească sau să dispară în timp. Cu toate acestea, prin limitarea acestora într-un capilar cu modificare chimică adecvată a suprafeței sale interioare, cercetătorii au reușit să păstreze modelele pentru perioade lungi.

„Noa metodologie de obținere a picăturilor uniforme raportată aici este superioară celei actuale. microfluidica în mai multe aspecte”, spune doamna Shono.

În viitor, astfel de micromodele pot fi studiate pentru a oferi perspective asupra mecanismelor implicate în auto-asamblarea moleculelor biologice. În plus, poate ajuta la dezvoltarea eliberării țintite a medicamentelor și la producerea de macromolecule dorite, cum ar fi proteinele și nucleotidele folosind protocelule.

Recent, doamna Shono împreună cu colaboratorii au publicat un articol în revista Small. indicând captarea selectivă cu succes a ADN-ului de mărimea genomului în picăturile omogene, aranjate.

Dna. Shono conchide: „Acest scenariu pentru formarea modelului cuplat cu separarea fazelor în izolare poate oferi un nou punct de vedere pentru a descoperi factorii ascunși pentru originea vieții și, de asemenea, pentru a dezvălui mecanismul de bază asupra stabilității structurii și funcției organelelor fără membrană. în celulele vii.”

(Fluierul)