Прежде чем автомеханик сможет создать автомобиль, ему необходимо узнать о его составляющих. То же самое можно сказать и о «построении» из молекул, например, для создания капсул для транспортировки лекарств через тело человека или для изготовления медицинского гидрогеля для местной доставки лекарств и терапии стволовыми клетками.
Мономеры для полимеровТакие капсулы или материалы, как правило, изготавливаются из полимеров, которые, в свою очередь, состоят из более мелких строительных блоков или мономеров. В самоорганизующихся молекулах эти мономеры сами по себе образуют полимеры, например, в форме длинных нитей или маленьких гранул, в которых могут транспортироваться лекарства.Мономеры в этих самоорганизующихся супрамолекулярных полимерах не прикреплены друг к другу, а слегка прилипают друг к другу.
Это дает мономерам возможность отделяться от полимера и присоединяться к нему. На эту подвижность влияет температура окружающей среды или кислотность (pH). Поэтому исследователям или производителям важно знать об этом, если они хотят использовать капсулы в организме человека, где температура и уровень кислотности не везде одинаковы.
Дейтерий вместо красителяИзмерение такой подвижности обычно осуществляется путем присоединения красителя к молекуле, но проблема заключается в том, что краситель тяжелее молекулы и, таким образом, влияет на само движение. Докторант Рене Лафлер вместе с коллегой Ксианвен Лу продемонстрировали, что это не так при использовании метода масс-спектрометрии с обменом водород / дейтерий.
Этот метод уже используется для изучения сворачивания белков — также одного из типов полимеров — но до настоящего времени не использовался для этого приложения.Итак, как это работает? После того, как растворенные в воде мономеры прилипли друг к другу и образовали полимер, исследователи растворяют их в тяжелой воде. Мономеры, которые отделяются от полимера, вступают в контакт с дейтерием в тяжелой воде, в результате чего атом водорода заменяется атомом дейтерия, который лишь немного тяжелее.
Однако дополнительный вес примерно в 450 раз меньше, чем у красителя, который используется в настоящее время, и поэтому этот дополнительный вес не влияет на мобильность.Можно измерить меньшие движенияНебольшое изменение массы может быть обнаружено Лафлером и Лу, и оно может быть измерено еще раз, когда мономер снова присоединится к полимеру.
Таким образом, скорость, с которой мономеры увеличиваются в массе, является мерой скорости, с которой мономеры отделяются от полимера.Особый аспект результатов исследования заключается в том, что, хотя многие мономеры отделяются от полимера в течение нескольких минут и, таким образом, увеличиваются в массе, другим для этого требуется период в часы или даже дни. Кроме того, исследователи продемонстрировали, что небольшое изменение размера мономера влияет на подвижность. Более крупные мономеры остаются в полимере дольше и менее быстро подвижны, чем более мелкие мономеры.
Эти различия невозможно было измерить раньше, потому что используемые молекулы красителя были слишком большими; метод HDX-MS теперь может даже измерить влияние небольших различий в размерах молекул на их подвижность.