Все живые клетки претерпевают набор ключевых процессов, включая биохимические реакции, хаотическое движение молекул, самосборку и разделение жидких и масляных фаз. Эти процессы обеспечивают адаптацию и развитие организмов.
Создание биосинтетических материалов, ориентированных на принципы организации живой природы, становится актуальной темой. Эти материалы, такие как биоразлагаемые полимеры, имеют множество преимуществ: они экологически чисты, совместимы с организмом и могут разлагаться микроорганизмами. Процесс их создания зависит от ускорения превращений с использованием продуктов предыдущих этапов. Один из таких этапов включает в себя самосборку и разделение фаз между разными жидкостями, как, например, вода и масло.
Команда ученых из Университета ИТМО и их коллеги из Израиля представили каскад из шести химических реакций, который автоматически приводит к образованию капель жидкости, напоминающих структуру живых клеток. Процесс начинается с азот- и серосодержащих органических соединений, размещенных в солевом растворе. Все стадии реакции поддерживаются автокатализаторами, которые ускоряют последующие этапы.
Эксперимент показал, что взаимодействие между веществами медленно начинается и затем быстро завершается. Во время медленной фазы формируются высокозаряженные частицы и стабильная эмульсия, представляющая собой капли масляной жидкости в воде. Далее образуется коацерват, объединяющий несколько капель в одну крупную структуру. Интересно, что внутри этих крупных капель появляются меньшие, что свидетельствует о возможности создания сложных молекулярных систем.
Этот метод, основанный на образовании капель с использованием жидкостей разных фаз, может быть применен для доставки лекарств в органы. Действующее вещество может быть заключено в «масляной» фазе и переноситься «водной» фазой к нужным тканям. Этот подход имеет потенциал для транспортировки сложных блоков веществ, а не только одиночных препаратов.
Екатерина Скорб, доктор химических наук и руководитель проекта, объясняет: «В этом исследовании мы изучили реакции, которые ускоряются за счет образования собственных продуктов и позволяют концентрировать вещества в образованных структурах с длинными цепями. Такие процессы будут полезны для лучшего понимания происхождения жизни на Земле и проектирования систем доставки лекарств. Подобные самоорганизующиеся системы будут хороши, в частности, тем, что позволят транспортировать к пораженным клеткам не один препарат, а даже сложные блоки веществ.»
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Chem.
