Autonomous movement of platinum-loaded stomatocytes

Transcript

1 Autonomous movement of platinum-loaded stomatocytes Daniela A. Wilson, Roeland J. M. Nolte and Jan C. M. van Hest, NATURE CHEMISTRY, advance paper ΓΙΩΡΓΟΣ ΦΡΑΓΚΙΑΔΑΚΗΣ 364

2 ΣΤΟΧΟΣ Στη φύση υπάρχει μια συνεχής πηγή έμπνευσης για τους χημικούς στις προσπάθειές τους να κατασκευάσουν συνθετικές δομές που μιμούνται την πολυπλοκότητα και λειτουργία των βιολογικών συστήματων. Μια πραγματική πρόκληση είναι η κατασκευή συνθετικών δομών που έχουν μεγέθη νανομέτρων και μπορούν να κινηθούν αυτόνομα, ένα φαινόμενο κοινό στη φύση, αλλά πολύ πιο δύσκολο να επιτευχθεί με συνθετικά δομικά συστατικά.

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Stomatocytes είναι τα ερυθρά κύτταρα με μια αόριστη διπλωμένη περιοχή (άνοιγμα/τρύ[α) σε ολόκληρο το κύτταρο. ΣΤΟΧΟΣ Σύνθεση αμφίφιλου block-συμπολυμερών PEG-PS polymersome stomatocyte Για να κλειδώσουμε τα polymersome στην επιθυμητή θέση μέσα στο stomatocyte είναι απαραίτητος ο έλεγχος : 1)ευελιξίας της μεμβράνης 2) και της διαπερατότητας της διπλοστιβάδας

4 κινητήρας Αέρια πρόωθησης καύσιμο Πολυμερές stomatocytes σχηματίζεται από την ελεγχόμενη παραμόρφωση πολυμερικων κυστίδιων. Ο αυστηρός έλεγχος του ανοίγματος είναι σημαντικός για τη φυσική παγίδευση των νανοσωματίδιων τα οποία, όταν είναι καταλυτικά ενεργά, μπορούν να μετατρέψουν τη μορφολογία stomatocytes σε nanoreactor. Προσχηματισμένα νανοσωματίδια πλατίνα(ptnps) (ρόλος:«κινητήρας»), ομοιόμορφου μεγέθους και σχήματος είναι επιλεκτικά εγκλωβισμένα εντός των nanocavities των stomatocytes.επίσης το υπεροξειδίο του υδρογόνου αποσυντίθενται («καύσιμο») και το άνοιγμα της stomatocyte («στομιο») χρησιμεύει ως διέξοδο του παραγόμενου οξυγόνου («Αέρια πρόωθησης )

5 Ο σχεδιασμός του nanomotor απο πολυμερές stomatocytes, τα οποια εχουν bowl -shaped και προέρχονται από τα polymersomes (κύστιδια από αμφίφιλα μπλοκ συμπολυμερή) απαιτεί : 1) Σταθερά nanocontainers 2) ένα μηχανισμό για να τοποθετήσουμε τα νανοσωματίδια μέσα στη δομή Με την διαπύδιση των polymersomes που περιέχουν ενα οργανικό διαλύτη τόσο στην μεμβράνη όσο και το εσωτερικό χωρο προκαλεί μείωση του εσωτερικού όγκου των polymersomes και στην αναδίπλωση της μεμβράνης προς τα μέσα. Η μορφολογία stomatocyte μπόρει τελικά να «ασφαλίσει τη θέση τους» μετά την πλήρη απομάκρυνση του οργανικού διαλύτη, η οποία οδηγεί στην ανάκτηση της ακαμψίας της μεμβράνη του και της υαλώδους κατάστασης της

6 Oπότε οραματιστήκαν ότι η πρόσθετη θήκη υψηλής σταθερότητας της bowl-shaped stomatocyte αρχιτεκτονικής θα μπορούσε να είναι ιδανική για την παγίδευση των καταλυτικά ενεργών νανοσωματιδίων και ως εκ τούτου, για την υπερμοριακή συναρμολόγηση ενός nanomotor. Με αυτόν τον τρόπο το υπεροξείδιο του υδρογόνου θα είναι ελεύθερο να διαχέεται μέσα και έξω.

7 Πριν ομώς κάνουν το οτιδήποτε έπρεπε να διασφαλίσουν τη δημιουργία δομής stomatocyte για αυτο το λόγο έλεγξαν την επίδραση της αναλογίας του μίγματος οργανικών διαλυτών τετραϋδροφουράνιο (THF) / διοξάνιο στο διάλυμα των polymersomes. Το συμπολυμερές πολυ(αιθυλενογλυκόλη) 44 -β-polystyrene (PEG-PS) επιλέχθηκε και διαλύεται σε μικρές ποσότητες (2 ml συνολικός όγκος των οργανικών διαλυτών) του THF / διοξάνιο μείγματα που είχαν διάφορες συγκεντρώσεις του THF (55-90% κατά όγκο). THF

8 T H F Α N Ο Ι Γ Μ Α

9 Η στρατηγική για να παγιδέψουν καταλυτικά ενεργή PtNPs φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.

10 PVP προσαρμόστηκε στο PtNP

11 Μ Ε Γ Ε Θ Ο Σ Σ Ω Μ Α Τ Ι Δ Ι Ω Ν Α Ρ Ι Θ Μ Ο Σ Σ Ω Μ Α Τ Ι Δ Ι Ω Ν

12 Καταλυτική ενεργότητα purpald tetrazine Δοκιμή της καταλυτικής δραστηριότητας των stomatocytes. UV-VIS εξέλιξη φασμάτων του πορφυρού σχηματισμού tetrazine μέσα στα stomatocytes που παγιδεύουν 80 nm pvp- PtNP ως αποτέλεσμα της οξείδωσης μεθανόλης στη φορμαλδεΰδη και της αντίδρασής του με το purpald.

13 Μελέτη της κατευθυνσης της κίνησης των λειτουργικών stomatocytes Οπτικό μικροσκόπιο Μετά την προσθήκη ενός μικρού ποσού (20 ml) ένα υδατικό διάλυμα του υπεροξειδίου του υδρογόνου (35% v / v) σε 2 ml PtNP-φορτωμένο stomatocytes, η υπολογισμένη μέση τετραγωνική μετατοπίση (ΜΣΠ) των καταλυτικών nanomotors παρουσία του καυσίμου έδειξε αυτόνομη κίνηση σε συνδυασμό με σημαντική αύξηση σε σύγκριση με την ταχύτητά τους με εκείνη των stomatocytes χωρίς καύσιμα Η πορεία των PtNP που περιέχουν stomatocytes χωρίςυπεροξείδιο του υδρογόνου ακολούθησε τον τυχαίο περίπατο της Κίνηση Brown και δεν έδειξε καμία αύξηση στην κίνηση.

14 Απόδειξη ότι τα ίδια τα καύσιμα δεν ήταν η αιτία της αλλαγή του μέγεθος των νανοσωματιδίων Για να αποδείξουν ότι τα ίδια τα καύσιμα δεν ήταν η αιτία του αλλαγή του μεγέθους (για παράδειγμα, προκαλώντας μία αλλαγή στο ιξώδους), αλλά το αποτέλεσμα της προώθησης της ταχείας σωματίδια, εκτελεσαν διάφορα πειράματα χρησιμοποιώντας τόσο τον έλεγχο νανοσωματιδίων ανάλυσης εντοπισμού (ΝΑΤ ) και DLS τεχνικές. Πρώτον, η προσθήκη του υπεροξειδίου του υδρογόνου στο άδειο stomatocytes δεν επηρέασε το φαινομενικό μέγεθος των σωματιδίων, επειδή τόσο η ΝΤΑ και DLS πειράματα έδωσαν με συνέπεια τα ίδια αποτελέσματαπριν και μετά την προσθήκη του καυσίμου.

15 Mια σειρά πειραμάτων έγινε στην οποία άδειο stomatocytes αναμίχθηκε με προσχηματισμένα PtNPs του ίδιου μεγέθους (80 nm), όπως εκείνα που χρησιμοποιούνται για την παγίδευση στα πειράματα, και αναλύονται με ΝΑΤ. Με DLS, μικρότερα PtNPs ( 40 nm) χρησιμοποιήθηκαν για να επιτευχθεί μια καλύτερη ανάλυση και διαχωρισμό των κορυφών των stomatocytes και PtNPs. Σε όλες τις περιπτώσεις δεν υπάρχει σημαντική αλλαγή στο μέγεθος των PtNPs και stomatocytes μετά την προσθήκη του υπεροξειδίου του υδρογόνου παρατηρήθηκε.

16 Διαπίστωση Αυτά τα πειράματα επιβεβαιώνουν ότι η πρόωθηση συμβαίνει μόνο όταν τα PtNP που περιέχονται στα stomatocytes ειναι προσαρμοσμενα πλήρως και τα νανοσωματίδια εγκλωβισμένα μέσα στην stomatocyte κοιλοτητα.

17 Συμπεράσματα Aπόδειξαν έναν υπερμοριακό σχεδιασμό για την κατασκευή των καταλυτικών nanomotors PtNPsπου παγιδεύονται επιλεκτικά μέσα στην κοιλότητα του πολυμερούς stomatocytes,και μπορεί να υπάρξει έλεγχος τόσο της παγίδευσης όσο και το άνοιγμα του stomatocytes. Eπίσης η καταλυτική αποσύνθεση του υπεροξείδιο του υδρογόνου στο εσωτερικό της κοιλότητας φάνηκε να δημιούργησε κατεύθυνόμενη κίνηση ως αποτέλεσμα της ταχείας discharge του dioxygen. Η ελεγχόμενη παγίδευση των PtNPs προσθέτει μια νέα διάσταση της λειτουργικότητας των stomatocyte δομών, η οποία επιτρέπει την κατασκευή ένος συστήματος με αυτόνομο μηχανισμού κίνησης.