Rambler's Top100 Russian / Francais / English
Первый русский гид по университетам Швейцарии
 

Публикации в швейцарской прессе

FNS Horizons

Архитектор в царстве молекул

Благодаря самоассоциирующимся молекулярным элементам Стефан Матиль (Stefan Matile) и его команда из отделения органической химии университета Женевы смогли создать искусственные поры, которые можно использовать как универсальные детекторы химических реакций.

Автор: Патрик Рот (Patrick Roth)

FNS Horizons №66, сентябрь 2005, стр. 20-21

 

Это классическая кока-кола или кока-кола лайт? На первый взгляд в стакане оба напитка кажутся идентичными. И по вкусу они едва отличаются друг от друга. Но разница отчетливо обнаружится, когда их смешают с химическим сенсором сахара и поместят под ультрафиолетовый свет. Напиток с сахаром приобретает зеленый и светящийся цвет, в то время как версия с искусственным подсластителем остается темного цвета.

В отделении органической химии университета Женевы, руководителем которого является Стефан Матиль (Stefan Matile), сверхмолекулярная химия (la chimie supramoleculaire) позволила создать структуры клеточного типа, в которых поры блокируются при взаимодействии с определенными веществами. Эти поры в высшей степени специализированы и открываются лишь тогда, когда реакция, например на сахар, снимает химическую блокировку. В этот момент вытекает вещество, удерживаемое в «клетках», и начинает флуоресцировать при ультрафиолетовом свете.

 


Вид пептидовой сверхмолекулы.
Черное в центре - пора.
Изображение : Stefan Matile/Uni Geneve

«Конечно, эти сенсоры разработаны не для обнаружения подсластителей в лимонадах» - признает Стефан Матиль. Но этот эксперимент, проводимый в рамках Национальной программы исследований 47 (Programme national de recherche 47), свидетельствует о громадном потенциале молекулярных сенсоров для медицинской диагностики. Сверхмолекулярная химия позволяет решительно упростить комплексные анализы. А поры, созданные в лаборатории, могут быть использованы в ближайшем будущем, как универсальные инструменты анализа в медицине, а также как химические сенсоры.

 

Самоассоциирующиеся элементы

Сверхмолекулярная химия , основоположниками которой стали Дональд Крам (Donald Cram), Шарль Педерсен (Charles Pedersen) и Жан-Мари Лехн (Jean-Marie Lehn), получившие Нобелевскую премию в 1987 году, интересуется построением структур молекулярных элементов. Эти структуры имеют свойство самоассоциироваться и самовосстанавливаться. Молекула представляет собой устойчивое соединение атомов, тогда как сверхмолекула является устойчивым соединением молекул. Можно провести аналогию с языком: слова (молекулы) состоят из букв (атомов). Когда мы используем слова для построения фраз (свермолекулы), возникают новые высказывания. А в случае сверхмолекул эти высказывания являются новыми функциями. В таком случае химики говорят о «функциональных молекулах».


Сверхмолекула с активаторами (в форме шаров) и пептидовые блокираторы (красная спираль
С любезного разрешения Wiley-VCH

Некоторые разработанные на сегодняшний день наномашины (nanomachines) ведут себя как молекулярные пинцеты. Другие накапливают свет или крепятся к определенным местам живых клеток, тогда как некоторые функциональные молекулы способны самовоспроизводиться. Очевидна их связь с биохимией живого. В природе самоассоциация молекул – обычное явление. Этот принцип лежит в основе структуры белков, ДНК, являющейся носителем генетической информации, вирусов и клеток.

 

Умение проявить изобретательность

«Что делает сверхмолекулярную химию столь интересной, так это наша увеличивающаяся способность лучше контролировать структуру функциональных молекул», - утверждает исследователь. На первом этапе химического синтеза готовять элементы желаемой структуры к упорядочиванию и ассоциации с относительно слабыми силами.

«В нашем проекте мы отталкивались от жестких стержней органических связей, которые невозможно ни сжать, ни скрутить», - отмечает он. Хотя эти молекулы в форме жестких стержней, которые называются «rigid rods», уже были известны некоторое время ученым в сфере материалов, они долго игнорировались сверхмолекулярной химией, направленной на биологию.

Напрасно, как показала женевская команда: элементы, называемые также модулями, «rigid rods», действительно могут «снабжаться» некоторыми специальными свойствами. «Мы начинаем с планирования на бумаге желаемых функций для сверхмолекул», - отмечает химик. «Это работа, где необходимо проявить изобретательность».

 


Вид сбоку мультифункциональной сверхмолекулы, описанной выше.
С любезного разрешения Wiley-VCH

Академический бестселлер

Его команда, в состав которой входит также его супруга Наоми Сакай (Naomi Sakai), специализируется на разработке мембран, снабженных синтетическими порами. По своей конфигурации эти поры могут использоваться как реципиенты, сенсоры или инициаторы химических реакций. «Самым многообещающим кажется их применение в качестве обнаружителей химических реакций», - подчеркивает Стефан Матиль.

Громадный интерес специалистов, вызванный данным исследованием, говорит о его значимости. Статья, опубликованная этой командой в 2004 году в газете Chirality о свойствах искусственных пор, стала настоящим бестселлером, удостоившимся Оскара за самую читаемую публикацию в этой области. Текст статьи действительно скачивался более 25000 раз из банка данных по специализированным публикациям.

 

Высокий потенциал программы PRN 47

Завершившаяся Национальная исследовательская программа 47 «Функциональные и сверхмолекулярные материалы» (Le Programme national de recherche 47 «Materiaux fonctionnels et supramoleculaires») за пять лет работы определила приоритеты как в прикладных исследований, так и в фундаментальных. Благодаря разработке химических сенсоров для медицинской диагностики и функциональных покрытий, стали возможны первые достижения. Итогом междисциплинарных исследований (по химии, биологии, физике и материаловедению) стали 18 патентных заявок и 6 проектов сотрудничества с промышленностью. Благодаря PRN 47 Швейцария сегодня занимает ведущую позицию в секторе сверхмолекулярной химии - области с высоким научным и экономическим потенциалом.

 

Оптимальный зубной имплант

Зубные импланты должны идеально соединяться с костью, не приставать к десне и отталкивать бактерии. Для удовлетворения этим требованиям в EPFZ было разработано специальное покрытие.

«До тех пор, пока имплант не соединится плотно с костными клетками, в вашей челюсти не зуб, а амортизатор»,- утверждает Самюэль Тосатти (Samuele Tosatti) из Лаборатории поверхностей EPFZ (Laboratoire des surfaces а l’EPFZ). Если бы костные клетки могли быстро колонизировать титановые импланты, это позволило бы значительно сократить послеоперационную фазу выздоровления. Самюэлю Тосатти удалось покрыть эти зубные импланты тонкой молекулярной пленкой, обладающей всеми желаемыми свойствами. «На зубе размером с гору Серван в Зеермате толщина пленки равнялась бы точно толщине волоса», - объясняет он.

Это свермолекулярное покрытие было разработано в рамках Национальной исследовательской программы 47 Маркусом Текстором (Marcus Textor) и Никола Спенсером (Nicolas Spencer), инженерами материалов в EPFZ. Продукт двух исследователей вызвал уже в Швейцарии интерес промышленности, а именно медицинской группы Штрауманн (Straumann).

 

 

© FNS Horizons, 2005
© uni-CH.RU, перевод с французского, 2005



© uni-CH.RU 1999-2005 | info@uni-ch.ru | 15.11.2005

  Рейтинг@Mail.ru   Rambler's Top100