Для того чтобы добиться самоорганизации гелей в макроскопические структуры, японские исследователи использовали подход, основанный на молекулярном распознавании. Результатом их работы стало создание системы, похожей на молекулярную «липучку», в которой взаимодействие между молекулами удерживает фрагменты геля вместе.
Акитра Харада (Akira Harada) с коллегами из Университета Осака разработали новую систему, применив на практике взаимодействие макроциклических хозяев – циклодекстринов и гостей, связывающихся с полостью молекул-хозяев. Фрагменты гостей и хозяев были связаны с отдельными полимерными цепями, из которых были сформированы гелеобразные «кубики». При внесении кубиков, изготовленных из различных типов полимеров в раствор, кубики распознают друг друга и связываются друг с другом. Этот процесс происходит благодаря тому, что фрагменты-гости, расположенные на поверхности одного гелевого куба распознают фрагменты хозяев-циклодекстринов и размещаются в их полости, образуя прочные связи.
Такой способ взаимодействия гость-хозяин хорошо изучен для химии растворов, однако до настоящего времени не применялся на макроскопическом уровне. Фил Гейл (Phil Gale) из Университета Саутгемптона отмечает, что идея переноса супрамолекулярных взаимодействий на макроскопический уровень достаточно проста и элегантно и даже кажется очевидной, вызывая резонный вопрос: «А почему раньше никто до этого не додумался?»
В биологических системах молекулярное распознавание гость-хозяин является причиной самоорганизации многих внутриклеточных структур, и именно молекулярная биология подсказала Хараде идею применения подобного процесса распознавания для использования химии комплексов гость-хозяин в синтетических системах.
Японские исследователи создали новую систему, основываясь на селекттивных взаимодействиях гость-хозяин – различные типы гостей предпочитают связываться с циклодекстринами с различным размером цикла. Исследователи связывали с полиакриламидными цепями как α-циклодекстрины, так и большие по размеру β-циклодекстрины; к другим полимерным нитям прививали адамантильные, н-бутильные или трет-бутильные фрагменты. Даже в том случае, если в одной и той же колбе смешивали все полученные полимерные гели, полимеры, содержащие адамантил - и трет-бутил, связывались только с β-циклодекстрин-модифицированным полимером, а н-бутильные – только с α-циклодекстринами.
На примере гелей, полученных Харадой, можно увидеть, что взаимодействия гость-хозяин, не основанные на образовании обычных ковалентных связей, могут оказаться достаточно прочными. Так, попытка разделить супрамолекулярные ассоциаты β-циклодекстриновых и адамантильных гелей приводит к не к разрыву связей между гостями и хозяевами, а к разрушению самих кубиков. Правда, другие гели связываются менее прочно, и могут быть отделены друг от друга без разрушения полимерной основы.
В дальнейшем Харада планирует изучение различных супрамолекулярных взаимодействий, включая и взаимодействия в биологических системах, надеясь обнаружить системы, которые могут связываться с поверхностью клетки, возможно обездвиживая ее. Он также предполагает, что для предложенной им технологии могут найтись и другие способны ее применения в медицине, например, обработка ран полимером, который, селективно связываясь с клетками кожи, позволит стянуть края раны.
