Primeira visualização em tempo actual da auto-montagem de nanofibra descobre as principais etapas na formação de géis supramoleculares

Think about materiais que se constroem, respondendo de forma inteligente ao seu ambiente para entregar medicamentos com precisão quando necessário, regenerando tecidos de andaimes ou limpar poluentes. Essas são as promessas de géis supramoleculares, materiais moles fascinantes formados pela auto-montagem espontânea de pequenas moléculas.

Mas como exatamente essas estruturas intrincadas emergem de uma sopa aparentemente aleatória de moléculas? Durante anos, esse processo elementary permaneceu oculto, ocorrendo muito rapidamente e em uma escala muito pequena para observar.

Agora, pela primeira vez, uma equipe de pesquisa colaborativa no Japão capturou todo o drama em nanoescala de supramolecular Formação em gel em tempo actual. Usando as capacidades extraordinárias de alta velocidade Microscopia de força atômica (HS-AFM), capaz de gravar eventos moleculares à medida que acontecem, os pesquisadores criaram um impressionante “filme molecular” revelando os segredos da gelificação. Os resultados são publicado no diário Comunicações da natureza.

As filmagens proporcionaram uma surpresa, derrubando suposições anteriores. Os cientistas esperavam ver pequenas fibrilas finas se formando primeiro, gradualmente espessando nas fibras finais de gel. Em vez disso, o filme HS-AFM mostrou fibras supramoleculares relativamente grossas aparecendo diretamente da solução, aparentemente pulando completamente o passo intermediário.

Ainda mais intrigantemente, essas fibras cresceram em rajadas peculiares – enfrentando a frente, fazendo uma pausa inesperada e depois retomando seu rápido crescimento. Esse comportamento exclusivo de “parar e ir” sugeriu um mecanismo de montagem completamente novo. Para decifrar essa dança molecular, os pesquisadores propuseram um novo “modelo de empilhamento de blocos”. Essa teoria sugere que os blocos de construção moleculares só podem se empilhar com eficiência na ponta da fibra quando sua superfície é irregular ou “áspera”.

Quando a ponta se torna momentaneamente suave durante o crescimento, empilhar uma pausa até que novas irregularidades se formem, permitindo que o crescimento seja reiniciado. Este modelo elegante foi ainda mais validado como Simulações de computador Com base nele reproduziu perfeitamente a dinâmica de parada e go observada.

Cavando mais profundamente com a análise quantitativa da imagem, a equipe mapeou os dois estágios distintos de gelificação: uma fase inicial de “nucleação” em que as moléculas se agrupam em sementes estáveis, seguidas pela fase de “crescimento” em que as fibras se alongem dessas sementes. Sua análise period tão precisa que eles poderiam até estimar o pequeno e crítico número de moléculas necessárias para formar um núcleo estável-uma visão rara e valiosa dos primeiros momentos de auto-montagem.

A capacidade de testemunhar diretamente esse processo de montagem molecular, em vez de inferir -o de medições indiretas, fornece evidências inequívocas de como ocorre a gelificação supramolecular.

Ao fornecer uma visão clara da through de montagem, esta pesquisa oferece um novo e poderoso package de ferramentas para projetar géis supramoleculares de próxima geração. Agora, os cientistas podem controlar as propriedades do gel – como rigidez, capacidade de resposta ou taxa de liberação de medicamentos -, direcionando estágios específicos do processo de formação revelado neste estudo. Isso abre o caminho para acelerar o desenvolvimento de materiais mais inteligentes e eficazes para aplicações críticas em medicina, biotecnologia e remediação ambiental.