Доктор Рафал Клайн из отдела органической химии Института Вейцмана и его команда первоначально изучали индуцированную светом самосборку наночастиц. Они использовали метод, ранее разработанный Клайном, в котором неорганические наночастицы покрыты одним слоем органических молекул, которые меняют свою конфигурацию под воздействием света; они изменяют свойства наночастиц, так что они самоорганизуются в кристаллические кластеры. Когда сферические наночастицы золота или других материалов самоорганизуются в кластер, между ними образуются пустые пространства, как между апельсинами, упакованными в ящик.
Клайн и члены его команды поняли, что пустые пространства иногда задерживают молекулы воды, что побудило их предположить, что они также могут улавливать «гостевые» молекулы других материалов и функционировать как крошечные колбы для химических реакций. Кластер из миллиона наночастиц будет содержать миллион таких наночастиц.
Как сообщается в Nature Nanotechnology, когда ученые захватили молекулы, которые, как правило, реагируют друг с другом, внутри нано-стекол, они обнаружили, что химическая реакция протекает в сто раз быстрее, чем та же реакция, происходящая в растворе. Заключение в наностекло значительно увеличивало концентрацию молекул и организовывало их таким образом, чтобы они быстрее реагировали. Ферменты аналогичным образом ускоряют химические реакции — удерживая реагирующие молекулы в кармане.
Хотя кластеры наночастиц, содержащие пустые пространства, создавались и раньше, преимущество метода Института Вейцмана состоит в том, что кластеры являются динамическими и обратимыми, поэтому молекулы можно вставлять и высвобождать по требованию. Кластеры самоорганизуются, когда наночастицы подвергаются воздействию ультрафиолета, но воздействие обычного света заставляет их разбираться, так что одни и те же наночастицы можно повторно использовать в многочисленных циклах.
Более того, ученые обнаружили, что, декорируя свои наночастицы смесью различных химикатов, они могут захватывать молекулы внутри наноэлементов очень селективным образом. Например, из смеси спиралевидных молекул они могут вызвать захват левой или правой спирали, навык, который может быть особенно важным для синтеза лекарств.Для будущего промышленного использования наноэлементы могут оказаться полезными для ускорения многочисленных химических реакций, таких как реакции полимеризации, необходимые для производства пластмасс. Этот метод также может быть применен в один прекрасный день при доставке лекарств.
Лекарство будет доставлено в наноэлементы к целевому органу и высвобождено в то время, когда наноэлементы будут разбираться под воздействием света.